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Previous studies reported on the safety and applicability of mesenchymal stem/stromal cells (MSCs) to ameliorate pulmonary inflammation in acute respiratory distress syndrome (ARDS). Thus, multiple clinical trials assessing the potential of MSCs for COVID-19 treatment are underway. Yet, as SARS-inducing coronaviruses infect stem/progenitor cells, it is unclear whether MSCs could be infected by SARS-CoV-2 upon transplantation to COVID-19 patients. We found that MSCs from bone marrow, amniotic fluid, and adipose tissue carry angiotensin-converting enzyme 2 and transmembrane protease serine subtype 2 at low levels on the cell surface under steady-state and inflammatory conditions. We did not observe SARS-CoV-2 infection or replication in MSCs at steady state under inflammatory conditions, or in direct contact with SARS-CoV-2-infected Caco-2 cells. Further, indoleamine 2,3-dioxygenase 1 production in MSCs was not impaired in the presence of SARS-CoV-2. We show that MSCs are resistant to SARS-CoV-2 infection and retain their immunomodulation potential, supporting their potential applicability for COVID-19 treatment.
Eine in vivo Modifizierung von Blutstammzellen wäre für eine Reihe gentherapeutischer Therapieansätze vorteilhaft. Dies würde voraussetzen, dass retrovirale Vektoren gezielt auf Blutstammzellen ausgerichtet werden können. Für dieses sogenannte Zelltargeting bietet sich das vom Milznekrose-Virus von Vögeln (SNV) abgeleitete Vektorsystem an, bei dem die Rezeptorbindungsdomäne des Env-Proteins modifiziert werden kann. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit sollte ein SNV-basierter retroviraler Zelltargeting-Vektor entwickelt werden, der einen selektiven Gentransfer in die primären humanen CD34-positiven hämatopoetischen Zellen ermöglicht. Zur weitergehenden Charakterisierung des SNV-Vektorsystems sollte geklärt werden, ob das Env-Protein des SNV ein mit anderen gamma-retroviralen Env-Proteinen vergleichbares R-Peptid aufweist, dessen mögliche Rolle bei viralem Zelleintritt ebenfalls untersucht werden sollte. Um eine Zielzell-Spezifität des SNV-Vektors zu erreichen, wurde die gesamte SU-Domäne des SNV-Env-Proteins mit einem einkettigen Antikörperfragment (scFv) ersetzt, das gegen das CD34 Molekül gerichtet ist,. Mit diesem modifizierten Env gelang es, [(antiCD34-TM)SNV]-Vektorpartikel herzustellen, die spezifisch CD34-positive Zellen transduzierten. Essentiell für die Erzeugung solcher Vektoren war die Etablierung einer stabilen Verpackungszelllinie, die Vektorpartikel mit einem Titer von 2x105 i.E./ml produzierte. In Transduktionsexperimenten mit verschiedenen Zelllinien wurde gezeigt, dass [(antiCD34-TM)SNV]-Vektoren eine deutliche Präferenz für CD34+-Zellen und nicht für CD34--Zellen besitzen, wobei der Unterschied in der Transduktionseffizienz zwischen CD34-positiven und –negativen Zellen um den Faktor 100 lag. [(antiCD34-TM)SNV]-Vektoren waren in der Lage, den Reportergentransfer auch in primäre humane Stammzellen zu bewirken. Hierzu wurde ein Transduktionsprotokoll so optimiert, dass die aus dem Nabelschnurblut isolierten CD34+-Zellen transduziert werden konnten. Der für diese Zielzellen bestimmte Vektortiter betrug bis zu 2x106 i.E./ml. In einem Gemisch von primären CD34+- und CD34--Zellen konnte der Vektor zwischen dem Target- und Nontarget-Zellen unterscheiden. Somit wurde zum ersten Mal nicht nur Spezifität, sondern auch Selektivität des SNV-Vektorsystems demonstriert. Dieses Ergebnis ist für eine Weiterentwicklung des Vektors für die in vivo Anwendung in Rahmen einer Gentherapie eine wichtige Voraussetzungen. Im zweiten Teil der Arbeit wurde der Fusionsvorgang bei Virus-Eintritt näher untersucht. Anlass dafür war die experimentelle Beobachtung, dass das Env-Protein des SNV bei der Virusknospung von einer viralen Protease innerhalb der zytoplasmatischen Domäne proteolytisch gespalten wird. Ein Sequenz-Vergleich des SNV TM-Proteins mit dem MLV TM-Protein ergab Hinweise darauf, dass es sich um die Abspaltung des sogenannten R-Peptides analog zu MLV handeln könnte. Die Expression von SNV-Env- Mutanten mit einem entsprechend verkürzten C-Tail (Env delta R) führte zur Synzytien-Bildung. Die bildung hochfusogener Oberflächenhüllproteine durch die Abspaltung des R-Peptids konnte auch für andere gamma-Retroviren gezeigt werden. Die Synzytienbildung konnte quantitativ unter den Env delta R-Varianten verschiedener gamma-Retroviren in einem etablierten Fusionsassay verglichen werden. Das Env delta R des endogenen Retrovirus des Schweins (PERV) des Typs A erwies sich als potentestes Fusionsagens. Als Folge der Ergebnisse der vorliegenden Arbeit wurde postuliert, dass die Abspaltung des R-Peptides ein allgemeiner Mechanismus bei der Partikelreifung der gamma-Retroviren ist und eine fusionsregulierende Rolle besitzt. Eine Weiterentwicklung fusionsaktiver Env-Varianten als mögliche therapeutische Gene für eine Tumor-Gentherapie ist somit diskutierbar.
Stem cell-based therapies require cells with a maximum regenerative capacity in order to support regeneration after tissue injury and organ failure. Optimization of this regenerative potential of mesenchymal stromal/stem cells (MSC) or their conditioned medium by in vitro preconditioning regimens are considered to be a promising strategy to improve the release of regenerative factors. In the present study, MSC were isolated from inguinal adipose tissue (mASC) from C57BL/6 mice, cultured, and characterized. Then, mASC were either preconditioned by incubation in a hypoxic environment (0.5% O2), or in normoxia in the presence of murine epidermal growth factor (EGF) or tumor necrosis factor α (TNFα) for 48 h. Protein expression was measured by a commercially available array. Selected factors were verified by PCR analysis. The expression of 83 out of 308 proteins (26.9%) assayed was found to be increased after preconditioning with TNFα, whereas the expression of 61 (19.8%) and 70 (22.7%) proteins was increased after incubation with EGF or in hypoxia, respectively. Furthermore, we showed the proliferation-promoting effects of the preconditioned culture supernatants on injured epithelial cells in vitro. Our findings indicate that each preconditioning regimen tested induced an individual expression profile with a wide variety of factors, including several growth factors and cytokines, and therefore may enhance the regenerative potential of mASC for cell-based therapies.