2012 Kooperationsprojekt

Elektromagnetische Stimulation humaner Stammzellen im Bioreaktor

Im Projekt wurde der Einfluss definierter niederfrequenter elektromagnetischer Wechselfelder auf die chondrogene Differenzierung humaner mesenchymaler Stammzellen unter kombinierter Anwendung von Wachstumsfaktoren und Mikrogravitation untersucht.

Helmholtz-Spule mit Antrieb für Mikrogravitations-Bioreaktor (Quelle: Neue Magnetodyn GmbH)

Dazu wurde ein experimentelles Setup zur Kultivierung von Zellen unter simulierter Mikrogravitation und gleichzeitiger Stimulation durch niederfrequente elektromagnetische Wechselfelder (NF-EMF) entwickelt; anschließend wurden mit dem Setup In-vitro-Untersuchungen vorgenommen. Wichtigste Grundlage für die Differenzierung bleibt der Wachstumsfaktor, wie aus dem fehlenden Nachweis knorpelspezifischer Marker bei den wachstumsfaktorfreien Kulturen hervorgeht.

Der Einsatz der simulierten Mikrogravitation in einem Bioreaktor bringt für die chondrogene Differenzierung keinen Vorteil, sondern führt zu einer reduzierten Kollagen-II-Synthese. Das EMF bewirkt eine Reversion des Mikrogravitationseffektes und kann die Abnahme der Kollagen-II-Synthese mindern, führt aber bei einer unbeeinflussten Kollagensynthese zu keiner signifikanten Zunahme. Allerdings zeigt sich ein positiver Effekt des Magnetfeldes auf den Kollagen-II-/Kollagen-X-Quotienten, sodass die chondrogene Differenzierung von der EMF-Stimulation profitiert. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass eine Stimulation durch elektromagnetische Felder in chondrogen differenzierten Stammzellen unter optimalen Bedingungen keine zusätzlichen positiven Effekte aufweist. Kommt es jedoch zu einer Verschlechterung der chondrogenen Situation, wie hier durch den Bioreaktor und die simulierte Mikrogravitation, führt der Einsatz elektromagnetischer Felder erneut zu einer Steigerung des chondrogenen Potenzials.

Da im klinischen Einsatz häufig suboptimale Bedingungen vorliegen, könnten elektromagnetische Felder somit durchaus zu einer Verbesserung der Chondrogenität von Zellen beitragen. Von einem klinischen Einsatz der Mikrogravitation im Bereich der chondrogenen Differenzierung wird nach vorliegender Datenlage abgeraten.

Projektfinder
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