Gingivale Stammzellen: die Zukunft der PAR-Therapie?

Parodontitis ist eine chronische Erkrankung des Zahnhalteapparats, die mit einem fortschreitenden Abbau der zahntragenden Gewebe einhergeht und unbehandelt zu Zahnverlust führt. Da das parodontale Ligament im Zusammentreffen von Zellen ektodermalen und mesenchymalen Ursprungs während der Zahnentwicklung entsteht, ist der Verlust des Zahnhalteapparats auch nach erfolgreicher anti-entzündlicher Therapie nicht durch spontane Heilung reversibel [Matuliene et al., 2008].

Schon seit über 25 Jahren wird die Hypothese vertreten, dass eine vollständige Regeneration parodontaler Gewebe nur über die Präsenz multipotenter Zellen zu erklären ist [Melcher, 1985], eine Aussage die durch den Einsatz mesenchymaler Stammzellen (MSCs) in mehreren grundlegenden Studien gestützt wurde [Fawzy El-Sayed and Dorfer, 2016; Fawzy El-Sayed et al., 2015; Bartold et al., 2006]

Unsere Stammzellforschungsgruppe an der Klinik für Zahnerhaltungskunde und Parodontologie der Christian-Albrechts Universität zu Kiel hat erfolgreich in mehreren Studien gingivale Stammzellen (G-MSCs) nach unserem patentierten minimal invasiven Verfahren (DE102010025294B9) isoliert und ihr parodontalregeneratives Potenzial im Tierversuch gezeigt [Fawzy El-Sayed et al., 2015; El-Sayed et al., 2012].

Aufgrund der anatomischen Besonderheit des Zahnhalteapparats und der ständigen Präsenz eines oralen Biofilms gilt zumindest auf molekularer Ebene eine Entzündung während des Regenerationsprozesses als regelhaft. Somit determiniert die gegenseitige Beeinflussung von Entzündungs- und Regenerationsprozessen das therapeutische Ergebnis [Sodek and Overall, 1992; Grossi et al., 1996; Filbin, 2006; Fawzy-El-Sayed et al., 2015].

Zu den wichtigsten Zellsignalwegen der Entzündung in Bezug auf Parodontitis zählt der Toll-Like Rezeptor-Signalweg. Toll-like-Rezeptoren (TLRs) sind Strukturen des angeborenen Abwehrsystems und dienen der Erkennung von Krankheitserregern, wie orale Viren, Pilze und Bakterien Y [Fawzy-El-Sayed et al., 2015]. Zu den wichtigsten Liganden der TLRs gehören das bakterielle Flagellin und die in virulenten gramnegativen Bakterien vorkommenden Endotoxine (Lipopolysaccharide, LPS).

Das Ziel dieser Forschungsarbeit war, das Expressionsprofil aller Toll-Like-Rezeptoren (TLRs) gingivaler Stammzellen in entzündungsfördernden und entzündungsfreien Umfeldern auf molekularer Ebene zu evaluieren. Dazu wurde untersucht, wie eine entzündungsbedingte Veränderung der TLRs das Verhalten der gingivalen Stammzellen bei möglichen Einsätzen in mikroorganismenreiche Milieus der Mundhöhle variieren könnte.

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Die verwendeten Stammzellen zeigten alle geforderten und charakteristischen Merkmale der Stammzellen. In normalem Nährmedium erwies sich eine Expression auf Protein und m-RNA Ebene der TLRs 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 und 10. Das Entzündungsmedium erhöhte signifikant die Expression der TLRs 1, 2, 4, 5, 7 und 10 und verminderte die Expression des TLR 6 (p≤0.05, Wilcoxon-Signed-Ranks-Test) [Fawzy-El-Sayed et al., 2015] (Abbildung 6).

In dieser Studie wurde zum ersten Mal das TLR-Expressionsprofil gingivaler, mesenchymaler Stammzellen in entzündungsfördernden und entzündungsfreien Milieus beschrieben. Dabei zeigte sich, dass auch die G-MSCs TLRs exprimieren und sich dieses Expressionsprofil in Abhängigkeit einer entzündungsfördernden Umgebung verändert. Dies kann einen Einfluss auf mögliche klinische Einsätze dieser Stammzellen im entzündeten Umfeld der Mundhöhle haben.

Die Expression der meisten TLRs wurde erhöht und somit stiegen auch die immunologische Erkennungsfähigkeit und die Abwehrfunktion gingivaler Stammzellen gegenüber pathogener Bakterien und Viren [Fawzy-El-Sayed et al., 2015]. Die erhöhte Expression der TLRs 2 und 4 könnte bei gingivalen Stammzellen die Fähigkeit erhöhen, gramnegative Parodontalpathogene zu erkennen, vor allem Aggregatibacter actinomycetemcomitans , Porphyromonas gingivalis , Prevotella intermedia und Tannerella forsythia [Good et al., 2012; Yang et al., 1998; Fawzy-El-Sayed et al., 2015].

Die entzündliche Hochregulierung  von TLR5 könnte auch die Erkennung von bakteriellem Flagellin aus Parodontalpathogenen, wie Treponema Denticola, Campylobacter rectus und Eubacterium Sp. begünstigen [Fawzy-El-Sayed et al., 2015]. Weiterhin könnten die hochregulierten TLR7 und TLR9 die Fähigkeit der Zellen steigern, virale Krankheitserreger zu erkennen (Fawzy-El-Sayed et al., 2015).

Anderseits könnte eine Erhöhung der TLR Expression durch erhöhte Immunreaktionen zu einer entzündungsbedingten Zerstörung parodontaler Gewebe führen [Fawzy-El-Sayed et al., 2015].

So bringt uns diese Untersuchung, bei allen Limitationen einer in vitro-Studie, mehrere Schritte näher an das Ziel, optimierte klinische Anwendungsprotokolle gingivaler  Stammzellen zu erstellen [Fawzy-El-Sayed et al., 2015].

Am Ende dieses Prozesses sollten die Informationen vorliegen, um die bestmöglichen therapeutischen Ergebnisse in verschiedenen Stadien der Krankheit zu erreichen und somit die erzielte Regeneration des Parodonts zu ermöglichen.

Dr.  Mohamed MekhemarKlinik für Zahnerhaltungskunde und ParodontologieUniversitätsklinikum Schleswig-HolsteinChristian-Albrechts-Universität zu KielArnold-Heller-Str. 3, Haus 2624105 Kielmekhemar@konspar.uni-kiel.de

Literatur

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• El-Sayed, K. M. F., Paris, S., Becker, S. T., Neuschl, M., De Buhr, W., Salzer, S., Wulff, A., Elrefai, M., Darhous, M. S., El-Masry, M., Wiltfang, J. & Dorfer, C. E. (2012) Periodontal regeneration employing gingival margin-derived stem/progenitor cells: an animal study. J Clin Periodontol 39,861-870. doi:DOI 10.1111/j.1600-051X.2012.01904.x.

• Fawzy-El-Sayed, K., Mekhemar, M., Adam-Klages, S., Kabelitz, D. & Dorfer, C. (2015) TlR expression profile of human gingival margin-derived stem progenitor cells. Med Oral Patol Oral Cir Bucal, 0.

• Fawzy El-Sayed, K. M. & Dorfer, C. E. (2016) Gingival Mesenchymal Stem/Progenitor Cells: A Unique Tissue Engineering Gem. Stem Cells Int 2016, 7154327. doi:10.1155/2016/7154327.

• Fawzy El-Sayed, K. M., Mekhemar, M. K., Beck-Broichsitter, B. E., Bähr, T., Hegab, M., Receveur, J., Heneweer, C., Becker, S. T., Wiltfang, J. & Dörfer, C. E. (2015) Periodontal regeneration employing gingival margin-derived stem/progenitor cells in conjunction with IL-1ra-hydrogel synthetic extracellular matrix. J Clin Periodontol 42, 448-457. doi:10.1111/jcpe.12401.

• Filbin, M. T. (2006) How inflammation promotes regeneration. Nature Neuroscience 9, 715-717. doi:Doi 10.1038/Nn0606-715.

• Good, D. W., George, T. & Watts, B. A. (2012) Toll-like Receptor 2 Is Required for LPS-induced Toll-like Receptor 4 Signaling and Inhibition of Ion Transport in Renal Thick Ascending Limb. Journal of Biological Chemistry 287, 20208-20220. doi:DOI 10.1074/jbc.M111.336255.

• Grossi, S. G., Skrepcinski, F. B., DeCaro, T., Zambon, J. J., Cummins, D. & Genco, R. J. (1996) Response to periodontal therapy in diabetics and smokers. J Periodontol 67, 1094-1102.

• Matuliene, G., Pjetursson, B. E., Salvi, G. E., Schmidlin, K., Bragger, U., Zwahlen, M. & Lang, N. P. (2008) Influence of residual pockets on progression of periodontitis and tooth loss: results after 11 years of maintenance. Journal of Clinical Periodontology 35, 685-695. doi:CPE1245 [pii]

• 10.1111/j.1600-051X.2008.01245.x.

• Melcher, A. H. (1985) Cells of periodontium: their role in the healing of wounds. Ann R Coll Surg Engl 67, 130-131.

• Sodek, J. & Overall, C. M. (1992) Matrix metalloproteinases in periodontal tissue remodelling. Matrix Suppl 1, 352-362.

• Yang, R. B., Mark, M. R., Gray, A., Huang, A., Xie, M. H., Zhang, M., Goddard, A., Wood, W. I., Gurney, A. L. & Godowski, P. J. (1998) Toll-like receptor-2 mediates lipopolysaccharide-induced cellular signalling. Nature 395, 284-288. doi:10.1038/26239.