Hintergrund: Herzerkrankungen wie die Herzinsuffizienz und die koronare Herzerkrankung gehören zu den größten Herausforderungen des öffentlichen Gesundheitssystems in den Industrienationen. In den letzten Jahren wurden zellbasierte Therapieoptionen entwickelt, die zur Regeneration des geschädigten Herzgewebes beitragen sollen. Zu den Zelltypen, die ihre Wirkung über parakrine Mechanismen ausüben, gehören die Cardiac-derived adherent proliferating (CardAP)-Zellen. Sie sind Non-Stammzellen, die aus endomyokardialen Biopsien isoliert werden. Ein weiteres mögliches Gewebe zur Isolation dieser Zellen stellt das rechte Herzohr dar. Es bietet eine größere Gewebemasse und könnte zur Herstellung von CardAP-Zellen für allogene regenerative Therapien dienen. In dieser Arbeit sollte untersucht werden, ob sich CardAP-Zellen aus dem humanen Herzohr isolieren lassen und welche histologische Region des Herzohrs dafür am besten geeignet ist. Das Gewebe sollte näher charakterisiert und die Zellen auf ihr Oberflächenmarkerprofil, ihr pro-angiogenes Potenzial und ihre Eignung als mögliches allogenes Zellprodukt untersucht werden.
Methoden: Das Herzohrgewebe wurde mittels Hämatoxylin-Eosin und Masson-Goldner-Trichrom und auf den Oberflächenmarker Cluster of Differentiation (CD)90 gefärbt. Die Zellisolation erfolgte aus Gewebefragmenten mittels Auswachskultur. Nach der Zellernte wurde eine magnetische Zellsortierung durchgeführt, um eine CD90-negative Zellpopulation zu erhalten. Die sortierten Herzohrzellen wurden mittels Durchflusszytometrie auf ihr Oberflächenmarkerprofil und mittels Mikroarray auf ihr Genexpressionsprofil untersucht. Ein Enzym-gekoppeltes ImmunoSorbent-Assay (ELISA) diente dem Nachweis der Sekretion des vaskulären endothelialen Wachstumsfaktors (VEGF) und Interleukin-8 (IL-8). Auf Basis einer Wachstumskinetik wurden Berechnungen zu möglichen Zellzahlen für eine spätere allogene Therapie angestellt.
Ergebnisse: Aus einem Herzohr lassen sich Zelldosen für über 250 Patienten herstellen. Idealerweise sollten myo- und endomyokardiale Areale des Herzohrgewebes für die Auswachskultur verwendet werden. Fibrosierte und epikardiale Bereiche sollten nicht verwendet werden. Im Vergleich zu CardAP-Zellen weisen sortierte Herzohrzellen das gleiche Profil hinsichtlich der Marker CD29 (positiv), CD44 (positiv), CD45 (negativ), CD73 (positiv), CD105 (positiv) und CD166 (positiv) auf, jedoch enthalten sie noch eine geringe Fraktion CD90-positiver Zellen. Sie sekretieren die pro-angiogenen Faktoren VEGF und IL-8, die sie auch auf RNA-Ebene exprimieren sowie weitere Schlüsselgene der Angiogenese.
Schlussfolgerung: Die Isolation von Herzohrzellen mit CardAP-Eigenschaften ist möglich, jedoch sollte das Zellsortierungsverfahren optimiert werden. Das pro-angiogene Potenzial muss an in-vivo-Tiermodellen bestätigt werden. Weitere Untersuchungen zur Immunogenität der Zellen und ihrer Lagerbarkeit in einem Zellbanksystem sollten folgen.
Background : Heart diseases like heart failure and coronary artery disease are a major burden for the public health system in developed countries. In recent years, cell-based therapies were developed for the regeneration of damaged heart tissue. Cardiac-derived adherent proliferating (CardAP) cells belong to the generation of cells which act upon paracrine mechanisms. They are non-stem cells, which can be isolated from endomyocardial biopsies. Another source for the isolation of these cells could be the right atrial appendage (AA). It offers greater tissue mass and could be used in order to produce CardAP cells for allogenic regenerative therapies. The aim of this thesis was to elucidate if CardAP cells could be isolated from human AAs and which histological area would be the most suitable to this end. The tissue was further characterized, and isolated cells were further examined for their surface marker profile, their pro-angiogenic potential and their suitability as allogenic cell product.
Methods: Tissues were stained with hematoxylin and eosin, Masson-Goldner trichrome and for CD90. Cell isolation was conducted using outgrowth cultures. After harvesting, cells were sorted using magnetic beads to obtain a cluster of differentiation (CD)90-negative cell population. Sorted AA cells were examined for their surface marker profile using flow cytometry and for their gene profile using a microarray. An Enzyme-linked ImmunoSorbent Assay (ELISA) was used to detect the secretion of vascular endothelial growth factor (VEGF) and interleukin-8 (IL-8). Growth kinetics served as basis for estimating theoretical cell numbers for future allogenic therapies.
Results: Cell dosages for the treatment of more than 250 patients can be obtained from one AA. Ideally, myo- and endomyocardial areas should be used for outgrowth cultures; fibrotic and epicardial areas should be discarded. In comparison to CardAP cells, sorted AA cells show the same expression regarding the surface markers CD29 (positive), CD44 (positive), CD45 (negative), CD73 (positive), CD105 (positive) and CD166 (positive), but they contain a small fraction of CD90-positive cells. They secrete the pro-angiogenic factors VEGF and IL-8, which are also expressed on RNA level as well as other key gens of angiogenesis.
Conclusion: It is possible to isolate AA cells with CardAP characteristics; however, cell sorting should be optimized. The pro-angiogenic potential has to be confirmed in-vivo using animal models. Further experiments regarding immunogenicity and storage capabilities in a cell bank system should follow.
