Die Isolierung und langfristige Expansion von Primärzellen, insbesondere Stamm- / Vorläuferpopulationen, sind grundlegende und wichtige Grundtechniken in verschiedenen biologischen Bereichen, einschließlich der Entwicklungsbiologie und Stammzellbiologie sowie der medizinischen Wissenschaft. Zellen in geschichteten und säulenförmigen Epithelgeweben sind stark regenerativ und überproportional verantwortlich für viele menschliche Krebsarten; Das Klonen adulter Stammzellen ist jedoch durch Schwierigkeiten bei der Aufrechterhaltung dieser Zellen in einem unreifen Zustand begrenzt. In den letzten Jahren haben technische Innovationen zu schnellen und dramatischen Fortschritten in der Stammzellbiologie geführt, wie zum Beispiel die Verwendung kleiner Moleküle und Wachstumsfaktoren zur Nachahmung von Gewebenischenumgebungen und zur Erleichterung der „Organoidkultur“ .
1975 etablierten Rheinwald und Green das erste erfolgreiche Beispiel einer humanen adulten Stammzellkultur mit humanen Keratinozyten . Insbesondere hielten sie menschliche Keratinozyten langfristig in Kombination mit einer subletal bestrahlten Mausfibroblastenzelllinie, 3T3-J2. Obwohl sie den Begriff „Stammzellen“ nicht für geklonte Keratinozyten verwendeten, die auf 3T3-Zellen gezüchtet wurden, fanden Green und Kollegen Kolonien mit der bemerkenswerten Fähigkeit, sich nach der Passage zu teilen und neue Kolonien zu bilden, die sie „Holoclone“ nannten . Diese Holoclone bestehen aus kleinen, unreifen Zellen, die alle eine intensive Kernfärbung mit p63, einem Hauptregulator der Stammzellen, in geschichteten Epithelzellen zeigten . Im geschichteten Epithel, einschließlich Haut, Lungenbronchien, Brustdrüse und Blasenurothel, war die Stammzellpopulation hauptsächlich in der Basalschicht lokalisiert, und unreife Zellen wurden im Einklang mit den In-vitro-Studien mit p63 angefärbt . Bezeichnenderweise wurden isolierte und expandierte menschliche Keratinozyten aus autologer Haut erfolgreich transplantiert, um Patienten zu verbrennen und eine dauerhafte Epidermisstruktur zu regenerieren, die aus Hauttransplantaten mit geteilter Dicke resultiert . Bemerkenswerterweise wurde das gleiche Verfahren angewendet, um menschliche Hornhautepithelzellen für die Transplantation zu isolieren und zu erweitern . Obwohl diese Technologie zu dieser Zeit auf Stammzellen in der Epidermis und Hornhaut beschränkt war, Grün und Kollegen schufen die Grundlage für das Klonen menschlicher adulter Stammzellen in den Bereichen Grundlagenbiologie und regenerative Medizin.
In diesem Übersichtsartikel geben wir einen Überblick über die jüngsten Forschungsfortschritte und die Anhäufung von Beweisen für ein Zellkultursystem, das zu technischen Durchbrüchen in der Epithelzelltechnologie geführt hat. Neuartige Kulturstrategien sowohl für geschichtete Epithelzellen als auch für säulenförmige Epithelzellen haben es ermöglicht, die menschliche Epithelentwicklung zu rekapitulieren und können verwendet werden, um in vitro ein menschliches Krankheitsmodell zu generieren. Wir diskutieren auch das Potenzial und die möglichen Anwendungen normaler epithelialer Zellkulturtechnologien für die regenerative Medizin und heben ein Krebszellkultursystem hervor, das individuelle Patientenphänotypen reproduziert.
Stratifizierte Epithelzellkultur
In stratifizierten Epithelgeweben, einschließlich Drüsen- und pseudostratifiziertem Epithel, können sich p63 + -Zellen, die auf der Basalmembran lokalisiert sind, selbst erneuern, um Stamm- / Vorläuferpopulationen zu erhalten und Nachkommen zu bilden, die funktionelles Gewebe bilden . Wie oben erwähnt, wurde die Klonierung und Expansion von epithelialen Stammzellen, wie Hautkeratinozyten und Hornhautepithelzellen, in Kokultursystemen mit bestrahlten Maus-3T3-J2-Fibroblasten gut etabliert. Dieses Standardprotokoll war jedoch weitgehend auf die Langzeitkultur von Keratinozyten und Hornhautzellen beschränkt. Dennoch wurden klonierte Stammzellen aus Thymusepithelien berichtet, ebenso wie die Isolierung von thymusepithelialen Stammzellen aus verschiedenen Spezies, einschließlich menschlicher Zellen, die mit einem 3T3-Feeder-System kultiviert wurden . Darüber hinaus haben Frey und Kollegen kürzlich die 3T3-Feeder-Methode angewendet, um Urothelstammzellen zu isolieren, die Sonic Hedgehog exprimierten und in der Basalschicht des Blasenurothels residierten . Diese Urothelstammzellen aus isoliertem menschlichem und schweinem Gewebe wurden stabil auf einer 3T3-Feeder-Schicht gezüchtet und konnten nach Nierenkapseltransplantation bei Nacktmäusen mehrere Zelllinien, einschließlich p63 + -Basalzellen und Uroplakin 2 + – und 3+ -Urothelzellen, hervorbringen. Im Jahr 2011 haben Pooja et al. ausnutzung des 3T3-Kultursystems zur Isolierung von drei Arten von epithelialen Stammzellen der menschlichen Atemwege, d.h., nasale, tracheale und distale Atemwegsstammzellen und fanden heraus, dass diese atemwegsepithelialen Stammzellen nach In-vitro-Differenzierung unterschiedliche zelluläre Phänotypen aufwiesen, obwohl die unreifen Stammzellklone morphologisch nicht unterscheidbar zu sein schienen (Abb. 1) . In einer Follow-up-Studie zeigte die Transplantation von trachealen und distalen Atemwegsepithel-Stammzellen von Mäusen, dass distale Atemwegsstammzellen leicht in H1N1-Influenza-geschädigtes Lungengewebe eingebaut und in mehrere Epithelzelltypen differenziert wurden, d.h., Bronchiolen und Alveolen, während transplantierte Trachealstammzellen nur in großen Atemwegen lokalisiert waren . Klonogene Stammzellen wurden auch aus menschlichen endoskopischen Biopsieproben der Speiseröhre isoliert, und diese Zellen konnten gut differenzierte, geschichtete plattenepitheliale epitheliale Strukturen in einem ALI-Kultursystem (Air Liquid Interface) bilden .
Schematische Darstellung des Zellkulturprozesses für humane geschichtete und säulenförmige epitheliale Stammzellen auf einer 3T3-Maus-Feeder-Schicht. Für geschichtete epitheliale Stammzellen werden sie aus Biopsien isoliert oder chirurgische Proben werden für eine Langzeitkultur auf einer 3T3-Schicht plattiert. Für säulenepitheliale Stammzellen werden sie auf einer 3T3-Schicht mit definierten Faktoren plattiert, die für das Wachstum und die Erhaltung von Stammzellen essentiell sind. Morphologisch unreife Kolonien (gepackte Kolonien mit kleinen Zellen) von epithelialen Stammzellen werden zur weiteren homogenen Expansion mechanisch aufgenommen. In der ALI-Kultur werden die Zellen in einem Transwell zu reifen Zelltypen differenziert
Schlegel und Kollegen berichteten, dass ein Rho-assoziierter Proteinkinase (ROCK) -Inhibitor in Kombination mit 3T3-Feeder-Zellen die Proliferationskapazität von epithelialen Stammzellen, einschließlich menschlicher Keratinozyten, Prostatazellen und Brustdrüsenzellen, signifikant erhöhte und sie nannten dieses Phänomen „bedingte Neuprogrammierung“ . Die Fähigkeit, epitheliale Stammzellkulturen von Patienten effizient zu erzeugen, bietet wichtige und wertvolle Einblicke in zellbasierte Diagnostik und Therapeutika . In jüngerer Zeit zeigten Rajagopal und Kollegen, dass der TGFß / BMP / SMAD-Signalweg in verschiedenen Epithelgeweben wichtig ist, einschließlich Ektoderm-abgeleitetem Haut- und Brustdrüsengewebe, Endoderm-abgeleitetem Ösophagus- und Prostatagewebe und Mesoderm-abgeleitetem Nebenhoden. Sie entdeckten, dass die doppelte Hemmung der SMAD-Signalisierung (das BMP-Signal wurde durch DMH-1 blockiert und das TGFß-Signal wurde durch A-83-01 gehemmt) die stabile Vermehrung von epithelialen Basalzellpopulationen von Mensch und Maus erleichterte. Überraschenderweise ermöglichte die duale TGFß / BMP-Hemmung die robuste Expansion epithelialer Stammzellen ohne die Notwendigkeit von Maus-3T3-Feeder-Zellen.
Zusammengenommen können diese technischen Fortschritte in Kombination mit kleinen Molekülen und Feeder-Zellen genutzt werden, um geschichtete epitheliale Stamm- / Vorläuferpopulationen in vitro kontinuierlich und effizient zu erweitern. Ein weiterer Durchbruch in der geschichteten Epithelkultur, der Organoidkultur, wurde genutzt, um sowohl basale als auch luminale menschliche Prostata-Vorläuferzellen zu erweitern. Diese humanen luminalen Vorläuferzellen waren multipotent und bildeten in vitro prostatadrüsenähnliche Strukturen . Die Erzeugung dreidimensionaler Strukturen aus geschichteten oder pseudostratifizierten Epithelien zur Rekapitulation authentischer In-vivo-Architektur bleibt jedoch eine Herausforderung, obwohl viele Forscher über Sphäroid- und Organoidkulturen berichtet haben. Dieses Problem kann gelöst werden, indem eine Methode zur Erleichterung der Selbstorganisation entwickelt wird, wie sie in pluripotenten Stammzellgeweben durchgeführt wird .
Säulenepithelzellkultur
Obwohl intestinale Stammzellen die bemerkenswerte Fähigkeit besitzen, sich mit einer hohen Fluktuationsrate zu vermehren, um intestinale Epithelien aufrechtzuerhalten, und Hepatozyten als Reaktion auf Schäden stark regenerativ sind, ist die Fähigkeit, Stammzellpopulationen aus Säulenepithelzellen zu klonen, stark eingeschränkt, vermutlich aufgrund eines Mangels an Gewebenischensignalen in vitro. In den letzten zehn Jahren entdeckten Clevers und Kollegen LGR5 (Leucin-rich Repeat-haltiger G-Protein-gekoppelter Rezeptor 5), einen intestinalen Stammzellmarker, in einem ausgeklügelten Mausmodell (Lgr5-EGFP-ires-CreERT2-Mäuse, gekreuzt mit dem Cre-aktivierten Rosa26 lacZ-Reporter) und etablierten eine intestinale Organoid-Kulturmethode der Maus, die aus Villus-ähnlichen Strukturen und Krypta-ähnlichen Zonen mit mehreren intestinalen Zelltypen besteht . In Kombination mit Wachstumsfaktoren und niedermolekularen Cocktails wurde eine isolierte LGR5+ -Stammzellfraktion in Matrigel suspendiert und langfristig kultiviert . Durch Modifizierung des Kulturzustands unter Verwendung von Nicotinamid, einem p38- und TGFß-Rezeptor-Inhibitor, konnten menschliche Epithelzellen, die aus Dünndarm und Dickdarm isoliert wurden, in vitro langfristig unendlich expandieren . Diese Technik ist auf Kultur andere Arten Zellen, wie Pankreasgangzellen und Hepatozyten anwendbar und erleichterte revolutionäre Fortschritte in der säulenförmigen epithelialen Zellkultur.
Die Organoidkultur verwendet eine Matrigel-basierte 3D-Kulturplattform und kann umfassend verwendet werden, um verschiedene Arten von adulten Epithelzellen, einschließlich geschichteter Epithelzellen, mit Stamm- / Vorläuferzellpopulationen stabil zu kultivieren . Die Fähigkeit, eine Fraktion einheitlicher Stammzellen in vitro schnell und effizient zu vermehren, ist jedoch auch nützlich und wichtig für die detaillierte Untersuchung der Selbsterneuerung und Schicksalsspezifikation in Gewebestammzellen und mögliche zukünftige Anwendungen der Zelltransplantation für die regenerative Medizin. Xian und Kollegen entwickelten kürzlich ein neuartiges Kultursystem für die homogene Expansion menschlicher fetaler Darmstammzellen, einschließlich Dünndarm- und Dickdarmzellen. Dieses System verwendete eine 3T3-Maus-Feeder-Schicht in Kombination mit Wachstumsfaktoren und Signalweginhibitoren, um humane säulenförmige epitheliale Stammzellen robust zu expandieren (Abb. 1) . Darüber hinaus konnten mehr als 50% der auf 3T3-Fibroblasten gezüchteten Darmstammzellen Kolonien bilden. Im Säugetierdarm sind definierte Nischenfaktoren wie Wnt- und Notch-Signale essentiell für die Steuerung der Stammheit von Darmstammzellen an der Krypta-Basis. Darüber hinaus entstehen Paneth-Zellen, die sich ebenfalls an der Krypta-Basis befinden, aus Stammzellen und fungieren als Stammzellnische, indem sie auf parakrine Weise essentielle Faktoren bereitstellen. Da organoide Kulturen aus Stammzellen und verschiedenen Derivaten wie Paneth-Zellen bestehen, werden Nischenfaktoren autonom versorgt . Da dagegen eine reine Population von Darmstammzellen auf einer 3T3-Feeder-Schicht gezüchtet wird, können die Zellen keine Nischenfaktoren absondern. Daher müssen extrinsische Faktoren, die Nischenfaktoren ähneln, ergänzt werden. Zusätzlich zum Stammzellerhaltungsprotokoll wurde in einem ALI-Kulturmodell ein Differenzierungsprotokoll erstellt, um mindestens vier Arten von wichtigen Darmzellen hervorzurufen, d. H. Paneth-Zellen, entero-endokrine Zellen, Becherzellen und Enterozyten (intestinale absorptive Zellen) . Die Bildung von darmzottenartigen Strukturen wurde gemäß den ursprünglichen Gewebetypen wie Dünndarm- und Dickdarmgewebe beobachtet (Abb. 1). In einem anderen ALI-Kultur-Ansatz, Kuo und Kollegen robust kultiviert kleine Stücke von Maus Neugeborenen Darm mit einem stroma-Element langfristig .
Die gleiche Strategie wurde auch angewendet, um menschliche Magenstammzellen zu klonen, die aus einer endoskopischen Biopsie gewonnen wurden. Insbesondere wurden klonogene Magenzellen auf einer 3T3-Feeder-Schicht in Kombination mit Wachstumsfaktoren und kleinen Molekülen stabil expandiert und in magenepitheliale Linien differenziert, die typischerweise im Magen vorkommen, wie Pepsinogen-exprimierende Hauptzellen . Neben geklonten Verdauungsorganstammzellen konnten sich auch Eileiter-Vorläuferzellen aus dem distalen Uterusröhrchen auf einer 3T3-Feeder-Schicht in Gegenwart von Nischenfaktoren unendlich vermehren . Der distale Eileiter, das Fimbrien-Epithel, ist eine einfache säulenförmige Epithelschicht, die aus den folgenden zwei Zelltypen besteht: flimmerzellen, die den Transport von Gameten verbessern, und sekretorische Zellen, die Schleim absondern. Mit einer leichten Modifikation des Differenzierungsprotokolls für intestinale Stammzellen führten ALI-kultivierte Eileiterstammzellen zu einer 3D-Architektur, die sowohl bewimperte als auch sekretorische Zellen enthielt und an die In-vivo-Epithelstruktur erinnerte . Die Fähigkeit, epitheliale Abstammungslinien mit geeigneten Zelltypen aus einer Stammzellpopulation herzustellen, könnte ein nützliches Werkzeug sein, um die physiologische Epithelentwicklung und Homöostase zu untersuchen und in vitro Modelle für akute und chronische Krankheiten zu entwickeln.
Krebszellkultur
Seit die erste Krebszelllinie, die HeLa-Zelllinie, 1951 von einer Patientin mit Gebärmutterhalskrebs etabliert wurde , wurden Krebszelllinien, die aus einer Vielzahl von Krebsarten etabliert wurden, häufig verwendet, um die Pathobiologie von Krebs zu untersuchen und in vivo Xenotransplantatmodelle zu generieren und Krebsmedikamente in vitro und in vivo zu testen. Obwohl in der Krebsbiologie unter Verwendung von Krebszelllinien enorme Fortschritte erzielt wurden, spiegeln die mit diesen Zellen erzielten Ergebnisse die Komplexität der Krankheit möglicherweise nicht ausreichend wider, wie ursprünglich erwartet, da Krebs eine Heterogenität zwischen Patienten und innerhalb des Tumors aufweist, wie die jüngsten Fortschritte bei der Sequenzierung der nächsten Generation zeigen . Um Krebs-Phänotypen, einschließlich des Genmutationsstatus und der Pathologie des Patienten, genauer zu reflektieren, entwickelten Welm und Kollegen Patienten-abgeleitete Xenotransplantat (PDX) -Modelle von Brustkrebs bei nicht-diabetischen diabetischen schweren kombinierten Immundefizienz (NOD-SCID) -Mäusen, die die wesentlichen Merkmale der ursprünglichen Tumoren beibehielten und metastatische Kapazität an bestimmten Stellen zeigten . Neben dem Brustkrebsmodell demonstrierte die Etablierung verschiedener Arten solider Tumoren die Machbarkeit von PDX-Modellen , die die präklinische Erprobung neuer Krebstherapien beschleunigen und zur Verwirklichung des Ziels der „personalisierten Medizin“ beitragen sollen.
Kulturmethoden für adulte Stammzellen, wie Organoid- und Feeder-Systeme, sind auch auf verschiedene Ansätze anwendbar, die von Patienten abgeleitete Krebszellen verwenden. Insbesondere berichteten Clevers und Kollegen, dass Organoidkulturen zur Modellierung von Pankreas-, Prostata- und Darmkrebs verwendet werden können, und zeigten, dass die ursprünglichen Krebsmerkmale, einschließlich genetischer Heterogenität und Arzneimittelempfindlichkeit, rekapituliert werden können. Daher nannten sie dieses System eine „lebende organoide Biobank“. Diese Technologien könnten auch verwendet werden, um eine Stammzellpopulation aus einer präkanzerösen Läsion wie dem Barrett-Ösophagus, einem Vorläufer des menschlichen Adenokarzinoms der Speiseröhre, zu isolieren . Isolierte und expandierte Barrett-Ösophagus-Stammzellen wurden durch Einführung von SV40-Large-T-Antigen, hTERT und c-myc transformiert und xenotransplantiert in immungeschwächte NSG (NOD.Cg-Prkdcscid Il2rgtm1Wjl / SzJ) Mäuse . Wie erwartet, wandelten sich Barrett-Ösophagus-Stammzellen bei Mäusen in Adenokarzinom-ähnliche Tumoren der Speiseröhre um. Ein ähnlicher Ansatz zeigte, dass menschliche Eileiterstammzellen die Ursprungszelle bei hochgradig serösem Ovarialepithelkrebs waren . Dieser Befund bestätigt die jüngste menschliche Pathologie und die Beweise für das transgene Mausmodell, die darauf hindeuteten, dass das distale Eileiterepithel das Ursprungsgewebe für diesen Krebs ist . In Kombination mit dem CRISPR / Cas9-System wurden normale Dickdarmstammzellen sequentiell transformiert, indem die Treibermutationen eingeführt wurden, die häufig bei Darmkrebs nachgewiesen werden . Die resultierenden Zellen durften Xenotransplantate in der Nierenkapsel bilden und zeigten eine fortschreitende Transformation in adenokarzinomähnliche Phänotypen, die durch invasive und metastatische Eigenschaften gekennzeichnet sind. Insgesamt ermöglicht die Fähigkeit, Zellen aus tumor- und patientenangepassten normalen Epithelgeweben zu isolieren und zu kultivieren, die Produktion einer Plattform, die nicht nur die klassische In-vivo-Tierarbeit auf dem Gebiet der Krebsbiologie ergänzt, sondern auch patientenspezifische Genetik- und Genomikansätze in vitro ermöglicht.
Modellierung von Entzündungskrankheiten mit adulten Stammzellen
Die Modellierung menschlicher Krankheiten wird durch die begrenzte Zugänglichkeit von menschlichem erkranktem Gewebe behindert. Fortschritte in der Kultivierung adulter Stammzellen haben es uns jedoch ermöglicht, Krankheitsphänotypen in vitro zu reproduzieren, indem wir Stammzellen erweitern und reife Zelltypen aus kleinen menschlichen Biopsieproben ableiten. Da 3D-Kulturmethoden wie ALI- und Organoid-Kultur Strukturen liefern, die aus mehreren Zelltypen bestehen und der in vivo beobachteten Epithel-Architektur ähneln, sollten sie für die Untersuchung entzündlicher Erkrankungen, einschließlich Infektions- und Erbkrankheiten, geeignet sein. Insbesondere ist die Reproduktion des Krankheitsphänotyps einfach, wenn der Erreger (oder die Hauptursache) und der Zielzelltyp bekannt sind.
Pseudomembranöse Kolitis (PMC) wird durch eine unverhältnismäßig erhöhte Population von Clostridium difficile (C. difficile) nach Antibiotikabehandlung verursacht. C. difficile ist ein grampositives, sporenbildendes Bakterium und produziert die hochmolekularen Toxine TcdA und TcdB, die Flüssigkeitssekretion, Entzündung und Schädigung des Dickdarmgewebes induzieren. Kolonepithelzellen, die von klonogenen Kolonstammzellen in ALI-Kultur unterschieden wurden, wurden mit diesen Toxinen in Frage gestellt, die zeit- und dosisabhängig verheerende Epithelschäden verursachten. Dieses Ergebnis zeigte, dass das 3D-Kulturmodell zur Darstellung der C. difficile-Pathologie verwendet werden kann. In ähnlicher Weise wurde die Wirkung einer Helicobacter-pylori-Infektion (H. pylori), die chronische Gastritis, Magengeschwüre und Krebs verursacht, durch Mikroinjektion von H. pylori in organoide Kulturen untersucht. Bakterieninfizierte Organoidkulturen zeigten eine erhöhte Entzündung wie NF-kB-Aktivierung und IL8-Induktion, und die IL8-Expression war in Organoidkulturen vom Drüsentyp signifikant höher als in Organoidkulturen vom Pit-Typ .
Adulte Stammzellen wurden auch verwendet, um Erbkrankheiten zu modellieren. Beekman und Kollegen berichteten von einer intestinalen Organoidkultur, die von Mukoviszidose-Patienten (CF) stammte. CF wird durch Mutationen im Cystic Fibrosis Transmembrane Conductance Regulator (CFTR) verursacht, der normalerweise in den Epithelzellen vieler Organe wie Lungen- und Verdauungsgewebe exprimiert wird. Obwohl normale intestinale Organoidkulturen als Reaktion auf Forskolin eine robuste Schwellung aufwiesen, wurde die Schwellungsreaktion bei CF-Organoidkulturen nicht beobachtet . Wenn der mutierte CFTR-Locus mit der CRISPR / Cas9-Technologie in Darmorganoiden von CF-Patienten korrigiert wurde, wurde außerdem gezeigt, dass die korrigierten Gene funktionell funktionieren . Daher bietet die In-vitro-Differenzierung adulter Stammzellen, die In-vivo-Phänotypen mit mehreren Zelltypen in Kombination mit Gen-Editing-Technologien ähnelt, leistungsstarke Mittel zur Behandlung menschlicher Krankheiten und kann einen direkten Einblick in die menschliche Pathologie bieten.
Anwendung von epithelialen Stammzellen für die regenerative Medizin
Trotz vielversprechender Strategien, die humane embryonale Stammzellen (ES) und induzierte pluripotente Stammzellen (iPS) für Anwendungen in der regenerativen Medizin verwenden, sind nur wenige klinische Studien dieser Strategien im Gange, was zum Teil auf Schwierigkeiten bei der Linienspezifikation und die Möglichkeit der Tumorentstehung zurückzuführen ist. Da adulte Stammzellen im Wesentlichen an bestimmte Gewebetypen gebunden sind, ist die Herstellung bestimmter Zelltypen relativ einfach und das potenzielle Risiko für die Tumorentstehung ist gering. Daher zielen therapeutische Ansätze darauf ab, adulte Stammzellen als Zellquelle für die Transplantation zu nutzen. Obwohl Green und Kollegen 1975 die humane Keratinozytenkulturmethode etablierten und die kultivierten Zellen in Patienten mit Verbrennungen oder chemischen Verletzungen transplantierbar waren, war die Langzeitkultivierung anderer Arten adulter Stammzellen erheblichen technischen Hindernissen ausgesetzt. Wie oben beschrieben, haben jüngste technische Fortschritte diese Einschränkung für verschiedene Arten von Epithelzellen überwunden. Daher ist die Fähigkeit, Stammzellpopulationen schnell und effizient zu erweitern, für ihre Verwendung in der regenerativen Medizin wertvoll.
Beispielsweise wurden Maus-Lgr5 + -Kolonstammzellen in Organoidkultur expandiert und in den geschädigten Maus-Dickdarm transplantiert, und transplantierte Zellen, die sich selbst erneuern und differenzieren konnten, wurden auch nach 25 Wochen nachgewiesen . In einem anderen Ansatz, Zhang K und Kollegen genutzt engineered adulten Stammzellen für eine Transplantation Studie. Zuerst kultivierten sie erfolgreich Hornhautepithelzellen in einer Schale ohne Feeder-Zellen und fanden dann heraus, dass Pax6 ein wichtiger Transkriptionsfaktor ist, der Hornhautstammzellen (CSCs) von Hautkeratinozyten unterscheidet. Überraschenderweise induzierte die Pax6-Überexpression in Keratinozyten limbale stammzellähnliche Zellen, und diese Zellen konnten in die verletzten Hornhäute von Kaninchen transplantiert werden . Da Keratinozyten leichter zugänglich sind als CSCs, kann diese Methode für die Behandlung von menschlichen Augenerkrankungen anwendbar sein. In jüngerer Zeit haben Liu et al. berichtete über einen attraktiven Ansatz für die Gewebereparatur und -regeneration, bei dem endogene Stammzellen verwendet wurden. In ihrer Studie wurden linsenepitheliale Stammzellen (LECs), die Pax6 und Bmi1 exprimierten, charakterisiert und zeigten in vivo ein regeneratives Potenzial. Eine chirurgische Kataraktentfernungsmethode, die endogene LECs konserviert, wurde angewendet, und diese LECs trugen zur spontanen Regeneration von Linsen mit Sehfunktion bei Kaninchen, Makaken und menschlichen Säuglingen bei. Diese Methode könnte ein therapeutischer Durchbruch für die Kataraktbehandlung sein und möglicherweise die künstliche Intraokularlinsenimplantation ersetzen .
Aufgrund der hohen Fluktuationsraten vieler Epithelzellen ist die Transplantation von Stammzellpopulationen für die langfristige Gewebeerhaltung unerlässlich. Theoretisch kann eine einzelne Stammzelle ganze Gewebe wiederherstellen, und mehrere Forschungsgruppen haben diese Vorstellung empirisch demonstriert . Trotz des Potenzials pluripotenter Stammzellen (PSCs), aus denen alle Zelltypen hervorgehen können, können PSC-abgeleitete Gewebestammzellen in vitro wahrscheinlich nicht im unreifen Zustand gehalten werden. Daher stellt die Verwendung adulter Stammzellen für die regenerative Medizin einen wesentlichen Vorteil dar.