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    Lehrstuhl für Orthopädie

    Molekulare Biomechanik - Mechanisch regulierte Gene

    Biomechanik vom Wolff´schen Gesetz zur Molekularbiologie

    in Kooperation mit dem *Institut für Unfallchirurgische Forschung und Biomechanik an der Universität Ulm

    Mitarbeiter
    Sigrid Mueller-Deubert
    Melanie Krug
    Regina Ebert
    Franz Jakob

    Titel
    Genregulation durch mechanische Reize in mesenchymalen Stammzellen


    Mechanische Belastung reguliert die Masse und Architektur des Knochens. Ausgangspunkt für Regenerations- und Heilungsvorgänge im Knochen in vivo sind ortsständige mesenchymale Stammzellen (MSC). Man weiß heute, dass mechanische Stimuli in vitro die Proliferation und Matrixsynthese von osteoblastären Zellen anregen. Gänzlich ungeklärt ist bisher, ob und in welchem Ausmaß mechanische Reize die Proliferation und die Aktivierung osteogener Differenzierungsfaktoren in MSC beeinflussen können. Zur Beantwortung dieser Frage sollen Telomerase-immortalisierte humane MSC und davon abgeleitete Klone mit Überproduktion und Knockdown des für die osteogene Differenzierung essentiellen Transkriptionsfaktors cbfa-1 mechanischer Dehnung ausgesetzt werden. Die Effekte auf die Genexpression werden im Hinblick auf Proliferation und Differenzierung umfassend analysiert. Bioinformatisch ausgewertete Whole Genome Arrays sind die Basis für die weitere Charakterisierung ausgewählter Zielgene, denen grundlegende und gewebespezifische Bedeutung für die Mechanotransduktion im Knochen zukommt. Die Identifikation solcher Gene in MSC und Osteoblastenvorläufern erbringt putative therapeutische Zielmoleküle, mit deren Hilfe die Mechanosensitivität des Knochens bei Osteoporose restituiert werden kann und der Erhalt der Knochenmasse auch bei Immobilisation oder Verlust der Sexualhormone möglich wird.

    • Ramani-Mohan RK, Schwedhelm I, Finne-Wistrand A, Krug M, Schwarz T, Jakob F,Walles H, Hansmann J. Deformation strain is the main physical driver for skeletalprecursors to undergo osteogenesis in earlier stages of osteogenic cellmaturation. J Tissue Eng Regen Med. 2017 Sep 5. doi: 10.1002/term.2565. [Epubahead of print]
    • Müller-Deubert S, Seefried L, Krug M, Jakob F, Ebert R. Epidermal growthfactor as a mechanosensitizer in human bone marrow stromal cells. Stem Cell Res. 2017 Oct;24:69-76. doi: 10.1016/j.scr.2017.08.012. Epub 2017 Aug 18.
    • Seefried L, Müller-Deubert S, Krug M, Youssef A, Schütze N, Ignatius A, Jakob F, Ebert R. Dissection of mechanoresponse elements in promoter sites of themechanoresponsive CYR61 gene. Exp Cell Res. 2017 May 15;354(2):103-111. doi:10.1016/j.yexcr.2017.03.031. Epub 2017 Mar 16.
    • Seefried L, Mueller-Deubert S, Schwarz T, Lind T, Mentrup B, Kober M, Docheva D, Liedert A, Kassem M, Ignatius A, Schieker M, Claes L, Wilke W, Jakob F, Ebert R. A small scale cell culture system to analyze mechanobiology using reportergene constructs and polyurethane dishes. Eur Cell Mater. 2010 Dec 10;20:344-55.
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