dc.contributor.author
Urbanski, Alexander
dc.date.accessioned
2018-06-07T15:30:50Z
dc.date.available
2012-02-01T11:57:04.380Z
dc.identifier.uri
https://refubium.fu-berlin.de/handle/fub188/1192
dc.identifier.uri
http://dx.doi.org/10.17169/refubium-5394
dc.description.abstract
Durch Unfälle, sportliche Aktivitäten oder chirurgische Eingriffe verursachte
Muskelverletzungen stellen eine ernstzunehmende Problematik im klinischen
Alltag aller Fachrichtungen dar und schränken Patienten oft lebenslang ein.
Obwohl die Skelettmuskulatur über gute in-trinsische Regenerationsfähigkeiten
verfügt, kommt es posttraumatisch oft zu einem Funktionsdefizit der
Muskulatur. Die Ursachen hierfür können sowohl in einem insuffizienten
Wiederaufbau von funktionellem Muskelgewebe als auch in einer überschießenden
Fibrosierung innerhalb des verletzten Muskels gesucht werden. Aktuelle
Behandlungsmöglichkeiten beschränken sich auf Ruhigstellung, Kühlung,
Kompression und Hochlagerung der Muskulatur. Für weitere Therapieansätze, wie
bspw. der Applikation von nicht-steroidalen, anti-inflammatorischen
Medikamenten konnten bisher nur unbefriedigende Ergebnisse beobachtet werden.
Ein aktuell diskutierter und untersuchter Gegenstand ist die potenzielle
Nutzung von mesenchymalen Stammzellen (MSCs) in klinischen Fragestellungen.
Hierzu wurden verschiedene vielversprechende Beobachtungen in
unterschiedlichen Fachbereichen wie der Kardiologie oder der Neurologie
publiziert. In Vorarbeiten konnte sowohl der positive Effekt einer lokalen
Transplantation von MSCs auf die funktionelle Muskelregeneration nach einem
Trauma als auch die Abhängigkeit der funktionellen Regeneration von der Menge
der transplantierten MSCs nachgewiesen werden. Die Zielsetzung der
vorliegenden Arbeit ergibt sich aus der Untersuchung des Einflusses
verschiedener Transplantationszeitpunkte von autologen MSCs in einen
verletzten Muskel auf dessen funktionelle Muskelregeneration. Die primäre
Hypothese der Dissertation besagt, dass eine direkt auf das Muskeltrauma
folgende Transplantation von MSCs einer verzögerten Transplantation in Bezug
auf die Muskelregeneration unterlegen ist. Weiterhin wurde davon ausgegangen,
dass sowohl eine sofortige als auch eine verspätete Transplantation von MSCs
einen positiven Einfluss auf die Muskelregeneration hat. Für den Versuch
wurden 27 weibliche Sprague-Dawley Ratten in drei Gruppen (n=9) aufgeteilt.
Die Zellgewinnung erfolgte aus dem tibialen Knochenmark. Zwei Wochen auf die
Zellentnahme folgend wurde den Versuchstieren ein standardisiertes, stumpfes
Trauma des Musculus soleus zugefügt. Es wurde eine unmittelbar auf das Trauma
folgende Transplantation mit einer um eine Woche versetzten Transplantation
verglichen. Beide Gruppen erhielten jeweils 2 x 106 MSCs in den verletzten
Muskel injiziert, zum Zeitpunkt der Transplantation der Vergleichsgruppe wurde
physiologische Kochsalzlösung verabreicht. Der Kontrollgruppe wurde zu beiden
Zeitpunkten physiologische Kochsalzlösung injiziert. Vier Wochen nach dem
Trauma wurde die Kraft der tetanischen sowie der fast-twitch
(FT)-Kontraktionen des M. soleus in vivo durch beidseitige Stimulation des
Nervus ischiadicus gemessen. Weiterhin wurden die Zellen auf ihre Adhäsions-
sowie auf ihre Differenzierungsfähigkeit untersucht. Messungen ergaben einen
Verlust der ursprünglichen Kontraktionskraft von 62 % bei tetanischer und 43,5
% bei FT-Kontraktion durch die Traumatisierung. Durch lokale Injektion von
MSCs konnte am M. soleus unabhängig vom Transplantationszeitpunkt im Vergleich
zur Kontrollgruppe eine relative Steigerung der tetanischen Kraft um 51,5 %
und von 66,5 % der Kraft bei FT-Kontraktionen beobachtet werden. Tetanische
und FT-Kontraktionskräfte waren nach Transplantation von MSCs im Vergleich zu
nicht-transplantierten Tieren signifikant (p<0,05) größer. Im Gegensatz zur
Hypothese konnte bei Vergleich der sofortigen mit der verspäteten
Transplantation weder für tetanische Kontraktionen (p=0,73) noch für FT-
Kontraktionen (p=0,93) ein signifikanter Unterschied der Kontraktionskräfte
festgestellt werden. Der Vergleich der verschiedenen
Transplantationszeitpunkte zur Kontrollgruppe ergab einen signifikant
geringeren Kraftverlust (p<0,05) sowohl bei FT als auch bei tetanischen
Kontraktionen für die verspätete Transplantation. Die sofortige
Transplantation konnte eine signifikante Verbesserung (p<0,05) der
Kontraktionskraft bei FT-Kontraktionen erreichen, bei tetanischen
Kontraktionen war eine Tendenz zu einer Verbesserung zu beobachten. Es zeigte
sich kein signifikanter Einfluss (p=0,85) einer Zelltransplantation auf die
Twitch / Tetanus Ratio der Muskulatur. Jedoch konnte eine signifikante
Verschiebung (p<0,005) der Ratio bedingt durch die Traumatisierung unabhängig
von Zugehörigkeit zu den unterschiedlichen Transplantationsgruppen beobachtet
werden. Durch diese Arbeit konnte erstmalig gezeigt werden, dass eine
sofortige wie auch die verspätete Transplantation von autologen MSCs in Bezug
auf ihren Einfluss auf die funktionelle Muskelregeneration nach einem Trauma
gleichwertig sind, jedoch sowohl eine sofortige wie auch eine verspätete
Transplantation autologer MSCs einen Vorteil für die Muskelregeneration
erbringen kann.
de
dc.description.abstract
Skeletal muscle trauma, often caused by accidents, sportive activities or
surgical procedures, can pose challenging problems in every clinical field and
can result in a lifelong restriction for the patient. Although skeletal
muscles have good intrinsic capacities for regeneration, a trauma often
results in posttraumatic, functional deficits. Reasons for this can be
attributed to an inadequate reconstruction of contractive, functional muscle
tissue as well as to an intramuscular fibrosis caused by an excessive
inflammatory reaction. Other treatment options are limited to resting,
cooling, compression and elevation of the affected muscle. Further therapeutic
means such as the application of non-steroid, anti-inflammatory drugs have
shown unsatisfactory results so far. The potential use of mesenchymal stem
cells (MSCs) in clinical settings is much discussed and therefore subject of
scientific studies. Promising observations on this matter have been published
in different clinical fields such as cardiology and neurology. In previous
studies we could show a positive effect of a local transplantation of MSCs on
the functional muscle regeneration and further demonstrated a dose-response
relationship of MSC-transplantation after severe skeletal muscle trauma in
rats. The aims of the present work were to examine the influences on the
functional muscle recovery for different time points of the transplantation of
autologous MSCs after a severe muscle trauma. It was hypothesized that an
immediate transplantation of MSCs following a trauma is inferior to a delayed
transplantation of MSCs concerning the functional muscle regeneration.
Furthermore, it was expected that both the immediate and delayed
transplantation of MSCs will show a positive outcome regarding the muscle
regeneration. In the experiment, 27 female Sprague-Dawley rats were divided
into three groups (n=9). Bone marrow aspirations were taken from both tibiae
of each animal. A standardized, blunt crush injury was performed on the
animals left soleus muscle two weeks following the bone marrow aspirations.
The immediate posttraumatic transplantation of MSCs was compared to
transplantation one week later. Both groups were injected with 2 x 106 MSCs
into the traumatized muscle, using a sham injection of saline solution at the
point of time the comparison group was transplanted respectively. The control
group was treated with a sham injection of saline solution at both points of
time. The force after both tetanic and fast-twitch (FT) stimulation was
measured in vivo four weeks following skeletal muscle injury by stimulation of
the sciatic nerve on both sides. In a separate experiment, the cells were
examined for surface adhesion and their ability to differentiate into
osteogenic and adipogenic lineages. The traumatized muscles showed a reduction
of 62 % of their original tetanic contraction forces and of 43,5 % of their FT
contraction forces caused by the trauma. Local injection of MSCs into the
soleus muscle lead to a relative increase of 51,5 % of tetanic forces and of
66,5 % of FT forces compared to the sham-treated control group independent of
the point of time of the transplantation. Tetanic and FT contraction forces
were significantly (p<0,05) higher in animals after transplantation of MSCs
compared with non-transplanted animals. Surprisingly, the comparison of
immediate with delayed transplantation did not result in a significant
difference in contraction forces neither for tetanic (p=0,73) nor for FT
stimulations (p=0,93). The comparison of the different transplantation groups
with the sham-treated control group showed a significantly lower loss of force
(p<0,05) in tetanic and FT contractions for the delayed transplantation group
of MSCs. Moreover, the immediate transplantation of MSCs could show a
significant improvement (p<0,05) to its contraction force at FT stimulation
and the tendency of improvement for tetanic stimulations. No significant
changes (p=0,85) to the Twitch / Tetanus ratio could be observed after the
transplantation of MSCs. However, a significant shift (p<0,005) of the ratio
was caused by the injury to the muscle, regardless of the experimental groups
the animals belonged to. This work proves for the first time, that an
immediate as well as a delayed transplantation of autologous MSCs are equal in
regard to their influences on the functional muscle regeneration. Yet it was
shown that regarding the functional muscle regeneration, both immediate and
delayed transplantation of autologous MSCs leads to a functional benefit.
en
dc.rights.uri
http://www.fu-berlin.de/sites/refubium/rechtliches/Nutzungsbedingungen
dc.subject
mesenchymal stem cell
dc.subject
muscle regeneration
dc.subject
transplantation
dc.subject.ddc
600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften::610 Medizin und Gesundheit
dc.title
Vergleich unmittelbarer versus verzögerter Transplantation autologer,
mesenchymaler Stammzellen nach schwerem Muskeltrauma der Ratte
dc.contributor.contact
alexander.urbanski@yahoo.de
dc.contributor.firstReferee
Prof. Dr. med. C. Perka
dc.contributor.furtherReferee
Prof. Dr. med. T. Kälicke
dc.contributor.furtherReferee
Priv.-Doz. Dr. med. R. Hube
dc.date.accepted
2012-02-24
dc.identifier.urn
urn:nbn:de:kobv:188-fudissthesis000000034530-4
dc.title.translated
Comparison of immediate vs delayed transplantation of autologous, mesenchymal
stem cells in the severly injured muscle in rats
en
refubium.affiliation
Charité - Universitätsmedizin Berlin
de
refubium.mycore.fudocsId
FUDISS_thesis_000000034530
refubium.mycore.derivateId
FUDISS_derivate_000000010286
dcterms.accessRights.dnb
free
dcterms.accessRights.openaire
open access