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Modelle für Zellverhalten in Gewebe

Zellen können endogene und exogene Kräfte wahrnehmen und darauf reagieren, indem sie eine Adhäsion mit der extrazellulären Matrix (ECM) eingehen. Genauere Kenntnisse darüber, wie Zellen in dreidimensionaler Mikroumgebung reagieren, sind wichtig für die Entwicklung therapeutischer Interventionen gegen Fibrosen (krankhafte Veränderungen des Bindegewebes).
Modelle für Zellverhalten in Gewebe
Unter physiologischen Bedingungen werden für die Gewebshomöostase kontinuierlich ECM-Komponenten erzeugt, die die Zelladhäsion gewährleisten. Krankhafte Veränderungen bei Gewebeumbau und Matrixorganisation können jedoch zu verschiedenen Arten von Fibrosen führen. Neuere Studien vermuten in Matrixadhäsionsproteinen, die nicht mehr auf mechanische Stimulation reagieren, Auslöser solcher Fibrosen.

Das EU-finanzierte Projekt MACS (The contribution of cellular adhesions to matrix remodeling in health and disease) untersuchte daher, wie mechanosensitive Matrixadhäsionsproteine ​​auf mechanische Störungen reagieren und den Umbau der Matrix beeinflussen. Hierfür generierten die Forscher Mikrogewebe aus neuen 3D-Gewebeplattformen und unterzogen es mechanischen Stimuli.

Wie die Ergebnisse zeigen, fördert der alleinige Kontakt von Fibroblasten mit Fibronektin in hohem Maße den ECM-Umbau, bei Kollagen 1 hingegen wird die Reparaturkapazität eingeschränkt. Versuche mit einer 3D-Gewebeplattform ergaben, dass nur vollständig ausgebildete Fibronektinfasern die Migration von Fibroblasten fördern und Kräfte erzeugen. Gewebsmorphogenese und Zellmigration hängen zudem offenbar von Gradienten der Fibronektinkonformation und der Zusammensetzung der ECM im Gewebe ab.

Eine zyklische Dehnung veränderte bei Mikrogewebe, das Fibroblasten mit Kollagen 1 enthält, vorübergehend die Richtung der Stressfasern (Bündel von Actinfilamenten). Die Quantifizierung kritischer Matrixadhäsionsproteine zu unterschiedlichen Zeitpunkten ergab eine dehnungsbedingt veränderte Expression. In einem weiteren Projektabschnitt wurde die Bedeutung der strukturellen Organisation der Matrix für das Zellverhalten aufgezeigt. Eine krankhaft veränderte Matrix beeinflusst offenbar die Zellen so, dass sie den pathogenen Prozess direkt fördern statt ihn aufzulösen.

Insgesamt lieferte MACS damit wichtige Erkenntnisse zur Rolle der Matrixzusammensetzung und -organisation für Zellverhalten und Gewebshomöostase. Da Fibrosen schwer heilbar sind, könnte eine frühzeitige Umkehr der pathologischen Veränderung der ECM-Zusammensetzung durchaus einen neuen Therapieansatz darstellen.

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Schlüsselwörter

Gewebe, extrazelluläre Matrix, Mikroumgebung, Fibrosen, Fibroblasten, Fibronectin
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