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Forschungsschwerpunkte & Kooperationen der AG Seifert

An dieser Stelle erhalten Sie eine Übersicht über die laufenden Forschungsprojekte und die jeweiligen Kooperationen.

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Die Arbeitsgruppe befasst sich mit der Untersuchung der Interaktion von menschlichen Immunzellen mit verschiedenen mesenchymalen Zelltypen und ihrer freigesetzten extrazellulären Vesikel, sowie mit komplexen Gewebematrices. Weiterhin stehen Untersuchungen zum besseren Verständnis und zur Modulation der Immunantwort gegenüber Endothelzellen, sowie der Entstehung  endothelialer Dysfunktionen bei chronischen Erkrankungen im Fokus der experimentellen Arbeiten.

Regenerative Therapien und ihre Mechanismen

Regenerative Zelltypen (aus Herz, Plazenta, Nabelschnur, Sehne)

Expression von Ki67 (violett) und Vimentin (gelb) auf mesenchymalen Zellen des menschlichen Herzohres. Die Zellkerne wurden mit 4'-6-Diamidino-2-phenylindol (DAPI; blau) angefärbt. (Maßstabsbalken = 50 µm)

Gegenwärtig benötigen fast alle medizinischen Fachgebiete innovative Therapiestrategien für Erkrankungen wie zum Beispiel eine unzureichende Wundheilung, eine gestörte Organfunktion oder Gefäßschäden. In diesem Kontext wurden in den letzten zehn Jahren zellbasierte Therapien zunehmend interessanter, um künftig regenerative Prozesse in situ zu induzieren oder die Ex-vivo-Erzeugung funktioneller Gewebe zu ermöglichen. Unser Labor ist besonders an Stromazellen interessiert, die aus Geweben wie der Plazenta, der Nabelschnur oder dem Sehnen- und Herzgewebe gewonnen werden. Diese Zelltypen sind interessante Kandidaten für die Förderung der Heilung nicht nur durch die Induktion von Selbsterneuerungsprozessen, sondern auch durch die Modulation des Immunsystems in einen entzündungshemmenden und regenerativen Zustand. Gegenwärtig wird die nicht-autologe (allogene) Anwendung von kryokonservierten Zellen und Geweben als Standard bevorzugt, da dies eine sofortige Verfügbarkeit und die Behandlung einer beträchtlichen Anzahl von Patienten ermöglicht. Hierfür ist es entscheidend, ein tiefes Verständnis des zugrunde liegenden Wirkmechanismus von Stromazellen zu erlangen, um eine schnelle und sichere Umsetzung dieses Wissens zum Wohle der Patienten zu gewährleisten. Die Anwendung allogener Zell- und Gewebeprodukte birgt hingegen die Gefahr der Abstoßung durch das Immunsystem des Wirtes und der Induktion unerwünschter Immunreaktionen. Im Interesse der Sicherheit des Patienten müssen diese Fragen vor der klinischen Übersetzung gelöst werden.
Daher ist es unser Ziel, die Immunogenität sowie das immunmodulatorische Potential vielversprechender mesenchymaler Zelltypen mit Hilfe geeigneter in vitro- und in vivo-Testsysteme zu analysieren und zu bewerten.

Stromazell-Endothelzell-Interaktion

ECFC/MSC-induzierte Vaskulogenese in Matrigel nach subkutaner Implantation in ein Mausmodell. Humane CD31+-Endothelstrukturen (grün) sind von α-SMA+-Zellen (rot) umgeben. Die Zellkerne wurden mit 4'-6-Diamidino-2-phenylindol (DAPI; blau) angefärbt; Maßstabsbalken = 500 µm

Endothelzellbasierte Therapien unterstützen die Regeneration von Gewebe, dass durch Ischämie geschädigt wurde, und fördern die Vaskularisierung von „Tissue-Engineering“-Konstrukten. Häufig ist jedoch die Verfügbarkeit von autologen endothelialen Vorläuferzellen im peripheren Blut bei Patienten eingeschränkt. Darüber hinaus kann ein spezifischer endothelialer Progenitor-Zelltyp, die so genannten „Endothelial Colony Forming Cells“ (ECFC), in der Funktion beeinträchtigt sein.
Therapeutisch relevante Mengen endothelialer Progenitorzellen können aus einer einzigen Nabelschnur isoliert werden. Für die Mehrheit der Patienten würden die aus der Nabelschnur isolierten Zellen eine allogene Gewebequelle darstellen. Wir konnten zeigen, dass allogene ECFC aus der Nabelschnur tatsächlich immunogen sind und ähnlich wie venöse Endothelzellen aus der humanen Nabelschnur (HUVEC) nach der Transplantation allogene Immunantworten induzieren würden.
Zur Lösung dieses Problems, untersuchen wir einen neuartigen zelltherapeutischen Ansatz zur Modulation der immunogenen Eigenschaften von ECFC durch den gleichzeitigen Einsatz immunsuppressiver Mesenchymaler Stromzellen (MSC). So konnte gezeigt werden, dass die Kombination beider Zelltypen synergistische vaskulogene Effekte induziert, die zu einer verbesserten Architektur von de novo-induzierten Gefäßnetzwerken führen. In unserem Labor beschäftigen wir uns mit der Frage, wie ein kombiniertes allogenes Zellprodukt beider Zelltypen mit Immunzellen interagiert und Immunmechanismen beeinflusst. Ein tieferes Verständnis dafür würde eine bessere Beurteilung des Abstoßungspotenzials solcher ECFC/MSC-Konstrukte ermöglichen.

Extrazelluläre Vesikel - ein potentieller zellfreier therapeutischer Ansatz

Transmissions-Elektronenmikroskopische Aufnahme von extrazellulären Vesikeln, die aus kardialen mesenchymalen Stromazellen durch sequentielle Ultrazentrifugation isoliert wurden. Sie zeigt die typische Morphologie und die unterschiedliche Größe der Vesikel. Maßstabsbalken = 100 nm.

Das Zusammenspiel von regenerativen und/oder Immunzellen untereinander wird durch ihre Fähigkeit zur Kommunikation ermöglicht. Diese Mechanismen können entweder direkte Wechselwirkungen, wie z.B. „Tight Junctions“, oder indirekte durch die Freisetzung von Zytokinen, Chemokinen, Hormonen oder extrazellulären Vesikeln umfassen. Im letzten Jahrzehnt wurden extrazelluläre Vesikel (EVs) als potente parakrine Mediatoren identifiziert, die nach ihrer Freisetzung durch regenerative Zellen positive Effekte auslösen. Entsprechend ihrer Größe und differentiellen Biogenese werden EVs in apoptotische Körper (> 1 µm), Mikrovesikel (0,1-1 µm) und den kleinsten Subtyp, die Exosomen (<0,1µm), unterteilt.

In unserer Gruppe sind wir daran interessiert, die Charakteristika und die funktionellen Effekte von EVs aus mesenchymalen Zellen des Herzens zu untersuchen, insbesondere ihr pro-angiogenes und immunmodulatorisches Potential. Hierbei analysieren wir die Zusammensetzung der EVs hinsichtlich ihres Proteoms und miRNA-Spektrums. In einem anderen Projekt konzentrieren wir uns auf das Verständnis der Rolle der EVs bei Regenerationsprozessen und innerhalb der Wechselwirkung von mesenchymalen Zellen und Immunzellen im Sehnengewebe.

Immunologisches Screening von Biomaterialien für die kardiovaskuläre Anwendung - biologische & synthetische Gerüste

Humane Makrophagen, die für 2 Tage auf eisfreiem kryokonserviertem Aortengewebe (links) und auf mit Extrazellulärer Matrix Protein-beschichteter elektrogesponnener Matrix (rechts) kultiviert wurden. Maßstabsbalken = 20 µm.

Biologische und synthetische Biomaterialien werden für den Ersatz von beschädigtem und nicht funktionsfähigem Gewebe bei Herz-Kreislauf-Erkrankungen, wie Herzklappen und Gefäßtransplantationen, hergestellt. Die umfassende Evaluierung induzierter Immunantworten ist extrem wichtig und betrifft Mechanismen des angeborenen Immunsystems (Komplementaktivierung, Granulozyten, Monozyten/Makrophagen) als auch adaptiven Immunantworten der T-Zellen.

Unser Labor untersucht biologische Matrices, wie z.B. vaskuläres Gewebe, das mit verschiedenen Methoden kryokonserviert wurde (konventionelle und eisfreie Methode).
Zusätzlich werden verschiedene Arten von elektrogesponnenen Materialien (synthetische Transplantate), die von unserem Kooperationspartner (Labor von Prof. Katja Schenke-Layland; NMI, Universität Tübingen) hergestellt werden, sowie der Einfluss der Matrixfunktionalisierung durch extrazelluläre Matrixproteine auf deren immunologische Kompatibilität untersucht. Wir haben eine Reihe verschiedener in-vitro-Screening-Systeme für alle Arten von Immunantworten entwickelt, darunter die Aktivierung, Differenzierung und Polarisierung von Granulozyten, Monozyten und Makrophagen und dendritischen Zellen, die Proliferation und Aktivierung von T-Zellen und die Aktivierung von Endothelzellen.

Endothelzellen in Gesundheit und Krankheit

Auswirkungen von Therapien mit Stromazellen auf Endothelzellen

Therapeutische Ansätze mit intramuskulärer und intravenöser Zufuhr von Stromazellen erfordern Kenntnisse über das spezifische Milieu, in das die Zellen injiziert werden. Zu den ersten Zelltypen, auf die diese Zellprodukte treffen, gehören Endothel- und Immunzellen. Es ist anzunehmen, dass die Mikroumgebung bei erkrankten Patienten im Gewebe befindliche als auch zirkulierende Zellen, wie Endothelzellen, aktiviert und schädigt. Deshalb analysieren wir funktionelle Veränderungen in endothelialen Progenitorzellen von Patienten, die nach signifikanter Manifestation einer arteriosklerotischen Erkrankung eine stromale Zelltherapie erhalten. Zusätzlich simulieren wir in vitro die Interaktion von Stromazellen mit Endothel- und Immunzellen unter verschiedenen experimentellen Bedingungen, um den regenerativen Einfluss der Stromazelltherapie auf aktivierte oder geschädigte Endothelzellen besser zu verstehen.

Endotheldysfunktion in der Pathogenese des Chronischen Müdigkeitssyndroms (CFS)

Kürzlich wurde festgestellt, dass die periphere endotheliale Dysfunktion (ED) mit hoher Wahrscheinlichkeit eine zentrale Stellung in der Krankheitspathogenese des Chronischen Müdigkeitssyndroms (CFS) einnimmt. Das CFS ist eine autoimmune, multisystemische, chronische Erkrankung mit einer geschätzten Prävalenz von 0,2-0,3% und unbekannter Ätiologie. Die Patienten leiden unter schwerer Müdigkeit, kognitiven Funktionsstörungen, chronischen Schmerzen sowie grippeähnlichen Symptomen, die alle ihre Lebensqualität drastisch beeinträchtigen. Der Pathomechanismus von CFS ist allerdings noch nicht vollständig verstanden. Es gibt aber Hinweise darauf, dass eine Dysregulation des Immun- und autonomen Nervensystems, Stoffwechselstörungen und ED beteiligt sind. ED ist durch Veränderungen der Endothelzellen gekennzeichnet, die zu einer verminderten gefäßerweiternden Reaktion führen. Sie ist ein Risikofaktor für kardiovaskuläre Erkrankungen.
In Zusammenarbeit mit der Gruppe von Prof. Carmen Scheibenbogen (Institut für Medizinische Immunologie, Immundefektambulanz und Charité-Müdigkeitszentrum) wollen wir die Pathophysiologie der ED bei CFS-Patienten verstehen und zuverlässige Biomarker finden, die sowohl die Diagnose erleichtern als zur Entdeckung potenzieller therapeutischer Moleküle führen.

Kollaborationen

Unsere Partner

  • Prof. Hans-Dieter Volk (Charité Berlin, Institut für Medizinische Immunologie & BCRT)
  • Prof. Carmen Scheibenbogen (Charité Berlin, Institut für Medinzinische Immunologie)
  • Prof. Wolfram Döhner (Charité Berlin, BCRT)
  • Prof. Britt Wildemann (Experimentelle Unfallchirurgie, Universitätsklinikum Jena)
  • Prof. Katja Schenke-Layland (NMI, Universität Tübingen)
  • Prof. Ulrich Stock (Brompton Hospital, London, UK)
  • Prof. Dirk Strunk (Paracelsus Medizinische Privatuniversität Salzburg, A)
  • PD Katharina Schallmoser (Universität Salzburg, A)
  • Prof. Michael Sittinger, Dr. Marion Haag (Charité Berlin, BCRT)
  • PD Dr. Sophie van Linthout/Dr. Kathleen Pappritz (Charité Berlin, BCRT)
  • Prof. Carsten Tschöpe (Charité Berlin, BCRT)
  • Dr. Franka Klatte-Schulz (Charité Berlin, Julius-Wolff-Institut)
  • Dr. Oliver Klein (Charité Berlin, BCRT)
  • Prof. Christof Stamm/ Dr. Timo Nazari-Shafti (Charité Berlin, DHZB & BCRT)
  • Dr. Andreas Kurtz (Charité Berlin, BCRT)
  • Dr. Sven Geissler (Charité Berlin, Julius-Wolff-Institut & BCRT)
  • Dr. Manfred Gossen (HZG, Teltow)

Kontakt AG Seifert

Prof. Martina Seifert

t: +49 30 450 539 435
f: +49 30 450 539 933