Vitamin D und Immunmodulation durch mesenchymale Stammzellen

Mehrere Studien haben gezeigt, dass das orale Gewebe eine reiche Quelle für mesenchymale Stammzellen (MSCs) ist. Eine wichtige Eigenschaft dieser Zellen ist ihre Fähigkeit, die Immunantwort zu modifizieren. Die immunmodifizierende Wirkung von Stammzellen wird durch die Sekretion verschiedener Signalwirkstoffe, die das Wachstum und die Differenzierung von Immunzellen beeinflussen, sowie durch Zell-Zell-Kontakt erreicht. Man nimmt an, dass diese Feinabstimmung der Immunantwort durch MSCs eine wichtige Rolle bei verschiedenen entzündlichen Erkrankungen spielt. Darüber hinaus findet die Anwendung von MSCs zur Behandlung von Autoimmunkrankheiten und bei Transplantatabstoßung vermehrt Einzug in die klinische Praxis. Zytokine die durch Immunzellen produziert werden, beeinflussen wiederum die Aktivität der Immunmodifizierung von adulten Stammzellen durch Rückkopplungsmechanismen. Zusätzlich kann das Differenzierungspotenzial von MSCs auch durch Entzündungsbedingungen beeinflusst werden. Daher könnte die Interaktion zwischen MSCs und Immunzellen einen wichtigen Mechanismus der die Gewebehomöostase unter natürlichen und krankhaften Bedingungen regelt darstellen. Vitamin D spielt eine wichtige Rolle im Knochenstoffwechsel und der physiologischen Mineralhomöostase. Vitamin D wird von der Haut unter Einwirkung von Sonnenlicht produziert und später durch die Leber in 25(OH)D3, die Hauptform des Hormons im Blut, umgewandelt und anschließend von der Niere in die biologisch aktive Form 1,25(OH)2D3 umgewandelt. Aktuelle Studien und unsere Daten weisen darauf hin, dass die Bioaktivierung von Vitamin D auch im Gewebe außerhalb der Niere stattfinden kann, insbesondere im dentalen Gewebe. Unsere vorläufigen Daten zeigen außerdem, dass Vitamin D die Wirkung von MSCs, die aus Dentalgewebe isoliert wurden, auf bakterielle Komponenten beeinflusst. Die Haupthypothese des vorliegenden Projektes ist, dass Vitamin D die Wechselwirkung zwischen MSCs und Immunzellen beeinflusst. Um diese Frage beantworten zu können, sollen mesenchymale Stammzellen aus verschiedenen dentalen Geweben isoliert werden, und der Einfluss von Vitamin D auf die Interaktion zwischen MSCs und Immunzellen untersucht werden Desweiteren werden die Eigenschaften der aus gesunden Individuen isolierten MSCs mit denen aus Patienten mit Entzündung des Zahnhalteapparates (Parodontitis) isolierten verglichen werden. Das Ziel ist es zu klären, welche mögliche Rolle MSCs und Vitamin D beim Fortschreiten der Parodontitis, die eine der häufigsten Krankheiten weltweit ist, spielt. Die gewonnenen Ergebnisse sollen zum Verständnis wie Vitamin D die immunmodifizierenden Eigenschaften von MSCs beeinflusst, beitragen. Darüberhinaus soll das vorhandene Wissen über die zugrunde liegenden Mechanismen der Interaktion zwischen MSCs und Immunzellen erweitert werden und zur Klärung der Rolle des Vitamin D-Stoffwechsels in der lokalen Gewebshomöostase beitragen.

Die Eigenschaften von dentalen mesenchymale Stammzellen (MSCs) ähneln weitgehend denen, die aus Knochenmark isoliert werden. Eine wichtige Fähigkeit dieser Zellen ist die Modulation der Immunantwort. Es wird angenommen, dass die Feinabstimmung der Immunantwort durch MSCs eine wesentliche Rolle bei verschiedenen entzündlichen Erkrankungen spielt. Darüber hinaus gibt es derzeit verschiedene Ansätze für die klinische Anwendung von MSCs zur Behandlung von Autoimmunerkrankungen und Transplantatabstoßung. Das vorliegende Projekt hat gezeigt, dass die Interaktion zwischen MSCs und Immunzellen komplex und vielfältig ist. Die immunmodulatorische Aktivität dentaler MSCs ist in deren Ruhezustand gering und wird durch verschiedene inflammatorische Zytokine aktiviert. So aktiviert einerseits die Produktion von Zytokinen durch Immunzellen die immunmodulatorische Aktivität von dentalen MSCs. Andererseits supprimieren aktivierte dentale MSCs die Aktivität von Immunzellen, was zu einer geringeren Zytokinproduktion führt. In diesem Projekt haben wir gezeigt, dass verschiedene inflammatorische Zytokine unterschiedliche immunmodulatorische Aspekte beeinflussen. Somit haben wir eine komplexe reziproke Interaktion zwischen Immunzellen und dentalen MSCs, die durch lokale Gegebenheiten reguliert wird. Diese Wechselwirkung könnte für das Fortschreiten der Parodontitis und für die Regeneration von dentalem/parodontalem Gewebe wesentlich sein. Die Daten dieses Projekts haben außerdem gezeigt, dass die reziproke Interaktion zwischen Immunzellen und dentalen MSCs durch Vitamin D3 auf vielfältige Weise beeinflusst wird. Erstens hemmt Vitamin D3 die Aktivität verschiedener Immunzellen und verringert dadurch die Produktion von proinflammatorischen Zytokinen . Zweitens hemmt Vitamin D3 die immunmodulatorische Aktivität von dentalen MSCs und konnte sogar deren immunsuppressive Wirkung gegenüber verschiedenen Immunzellen teilweise aufheben. Drittens wird die lokale Aktivität von Vitamin D3 in dentalen MSCs durch bakterielle Faktoren gehemmt und durch inflammatorische Zytokine reguliert. Somit beeinflusst Vitamin D3 einerseits lokalen Gegebenheiten, andererseits wird dessen Bioaktivität durch diese Gegebenheiten moduliert. Unsere Daten deuten darauf hin, dass die Gabe von Vitamin D3 als Begleittherapie bei Parodontitis fungieren könnte. Für eine wirksame Therapie könnten jedoch höhere Vitamin D3-Dosen erforderlich sein, als derzeit empfohlen. Darüber hinaus könnte die Wirksamkeit von Vitamin D3 bei klinischen Anwendungen in der Zahnheilkunde durch eine Veränderung der lokalen Gegebenheiten verbessert werden, aber die optimalen Bedingungen müssen noch erforscht werden. Dennoch eröffnen unsere Ergebnisse eine enorme Perspektive für zukünftige Forschungsprojekte, die sich auf die Verbesserung der lokalen Wirkungen von Vitamin D3 im dentalen/parodontalen Gewebe konzentrieren.