Entwicklung artifizieller Matrixsysteme für das Purging hämatopoetischer Stammzellen: Hemmung der in vitro-Proliferation leukämischer Zellen durch Stammzellfaktor-ImmunglobulinG1-Fusionsprotein in Kombination mit Fibronektin bzw. Retronektin

Abstract

Plastik-gebundenes Stammzellfaktor-Immunglobulin-G1 (SCF-IgG1) reduziert die in-vitro-Proliferation von malignen c-kit+ Zellen. Ausgehend von dieser Beobachtung wurde in der hier vorliegenden Arbeit der Einfluss von Fibronektin, eines Moleküls der extrazellulären Matrix, und von Retronektin, einer verkürzten rekombinanten Fibronektin-Variante, untersucht. Die Zelllinie CS-1, die aus Blasten einer Patientin mit akuter myeloischer Leukämie hervorgegangen war, exprimierte hoch c-kit und in geringem Maße den hochaffinen FcγRI. Diese Rezeptorverteilung spiegelte sich in der Bindung des SCF-IgG1 wider. Gelöstes rekombinantes SCF und gelöstes SCF-IgG1 verstärkten die Proliferation von CS-1-Zellen. Nach IgG(Fc)-vermittelter gerichteter Bindung von SCF-IgG1 an die Plastikoberfläche von Zellkulturgefäßen war die Morphologie der CS-1-Zellen typischerweise verändert und das Maximum des [3H]-Thymidineinbaus um 45% im Vergleich zu den Kontrollen mit dem gelösten Fusionsprotein verringert. In plastikgebundener Form inhibierten sowohl Fibronektin als auch Retronektin allein die Proliferation von CS-1-Zellen signifikant im Vergleich zu den Kontrollen ohne Matrixkomponenten. Dieser Effekt wurde durch die Zugabe von gelöstem SCF oder SCF-IgG1 nicht aufgehoben. Wurde aber zusätzlich zu Fibronektin oder Retronektin das SCF-IgG1 auf die Plastikoberfläche gebunden, reduzierte sich das Maximum des [3H]-Thymidineinbaus unter den Wert der Basisproliferation unbehandelter Zellen. Hier war die verkürzte Form, das Retronektin, tendenziell wirksamer als das Ausgangsmolekül Fibronektin. Zusammenfassend zeigt die Arbeit, dass in einem Zellkultursystem mit einer artifiziellen Matrix aus nur zwei Komponenten effektiv die Proliferation leukämischer Zellen inhibiert werden kann. Weitere Untersuchungen, die auch nicht-maligne blutbildende Vorläuferzellen einschließen, können zeigen, ob beim In-vitro-Purging autologer Stammzelltransplantate durch Langzeit-Knochenmarkkulturen die Stromazellen durch SCF-IgG1/Retronektin-basierten Systeme oder erweiterte Ansätze mit anderen definierten Molekülen der extrazellulären Matrix ersetzbar sind.

Plastic-bound stem cell factor-immunoglobulin-G1 fusion protein (SCF-IgG1) reduces the in-vitro proliferation of c-kit+ malignant cells. Based on this initial observation, the impact of the extracellular matrix molecule fibronectin was questioned and compared to effects of retronectin, a truncated recombinant fibronectin. The acute myeloid leukemia cell line CS-1 used for a model system was verified to be c-kit-high and to concomitantly express low levels of the high affinity FcγRI which was reflected by the pattern of SCF- IgG1 surface binding. Soluble recombinant SCF and soluble SCF-IgG1 fusion protein increased the proliferation of CS-1 cells, with SCF-IgG1 being more effective than SCF. Bound to cell culture plates directed via IgG(Fc)-specific antibodies, SCF-IgG1-mediated attachment of the CS-1 cells was accompanied by a typical change in cell shape and a maximum [3H]-thymidine uptake that was 45% lower than in the cultures with the soluble fusion protein. Both, fibronectin and retronectin coated to the surface of the tissue culture plates alone significantly inhibited the proliferation of CS-1 cells compared to the controls without matrix components. This effect was not reverted by soluble SCF and soluble SCF-IgG1, respectively. In contrast, plastic-bound fibronectin or retronectin in combination with likewise plastic-bound SCF-IgG1 reduced the maximum [3H]-thymidine uptake of CS-1 cells below base line level of the proliferation of non-treated cells. Here, the truncated variant tended to be more effective than the original molecule. Taken together, proliferation of leukemia cells can be effectively inhibited in a cell culture system that contain an artificial matrix consisting of two components only. Further investigations including non-malignant hematopoietic progenitor cells should address the potential of SCF-IgG1/retronectin-based system or of extended approaches using defined extracellular matrix components to replace stromal cells for in-vitro purging of autologous stem cell transplants in long-term bone marrow culture.