Tanja Gradištanac

Einfluss mechanischer Dehnung auf das Wachstum vaskulärer glatter Muskelzellen des Menschen

Dissertation zur Erlangung des akademischen Grades Doktor der Medizin (Dr. med.) vorgelegt an der Medizinischen Fakultät der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg
verteidigt am 18.01.2007

Abstract
Die Rolle der Proliferation vaskulärer glatter Muskelzellen im Rahmen von Gefäßveränderungen wird nach wie vor kontrovers diskutiert. In der vorliegenden Arbeit wurde in der ersten Fragestellung der Einfluss physiologischer zyklischer mechanischer Dehnung untersucht. Unter dem Einfluss zwei-/dreitägiger mechanischer Dehnung (5% Dehnung, 0,5 Hz) mittels Unterdruck in der Flexercell strain unit zeigten die niedrigen Passagen der humanen primären vaskulären Muskelzellen aus der Aorta (hAOSM) eine signifikant verminderte DNA-Synthese (BrDU-Inkorporation, um 32,4±26,2%; n=6, P=0,013) bei signifikanter Zunahme der metabolischen Aktivität (Wst-1-Aktivität, um 39,1±17,9%, n=7, P< 0,0001). Bei weiterer Abklärung dieses Widerspruchs wiesen weder die Gesamtzellzahl (24,6%, P=0,287) noch der Mitoseindex (52,8%, P=0,215) eine signifikante dehnungsinduzierte Änderung auf. In den Versuchen mit hAOSM Zellen niedriger Passagen konnte demnach ein antiproliferativer Effekt physiologischer Dehnung nachgewiesen werden, welcher möglicherweise in vivo zu einem Gleichgewicht der Vorgänge in der Gefäßwand beiträgt.
Die untersuchten humanen primären vaskulären Muskelzellen aus der Koronararterie (hCASM) zeigten weder eine dehnungsinduzierte signifikante Veränderung der DNA-Synthese (serumfrei: -4,9±115,1%, n=4, P=0,87; Vollmedium: +14,6±44,2%, n=3, P=0,6) noch der metabolischen Aktivität (serumfrei: +14,6±44,2%, n=3, P=0,6; Vollmedium: +81,66±61,95%, n=3, P=0,085). Ein Nekrose- bzw. Apoptose-bedingter Zelltod konnte in den vorliegenden Versuchen mittels Bestimmung der Zellzahl, der LDH-Aktivität und/oder der Apoptose durchweg ausgeschlossen werden. In der zweiten Fragestellung interessierte, ob die Situation nach unphysiologischer Dehnung - nach PTCA - im Zellkulturmodell nachgestellt werden kann. hAOSM Zellen zeigten nach viermaliger Dehnung für 120 sec im technischen Maximalbereich (15% Dehnung, bis 80 kPa) über einen Zeitraum von einem Monat keine signifikanten Veränderungen der DNA-Synthese oder der metabolischen Aktivität. Ein Restenosemodell war unter ausschließlichem Einfluss mechanischer Dehnung in der Zellkultur nicht nachvollziehbar, möglicherweise weil in vivo die Entwicklung einer Restenose multifaktoriell ist.

There is still a controversy ongoing about the proliferation of vascular smooth muscle cells within the scope of vessel changes. Now the first question concerned the influence of physiological mechanical strain. Under the influence of mechanical strain for two up to three days (5% Dehnung, 0,5 Hz) using the Flexercell strain unit low passages of human primary aortic vascular muscle cells showed a significant decrease in DNA-synthesis (BrDU-incorporation, um 32,4±26,2%; n=6, P=0,013) and a significant increase in metabolic activity (Wst-1-activity, um 39,1±17,9%, n=7, P< 0,0001). Neither the total cell number (24,6%, P=0,287) nor the mitosis index (52,8%, P=0,215) demonstrate a significant strain-induced change. Therefore in experiments using low passages an antiproliferative effect of physiological strain could have been proved. This could be an important part in the balance of vascular processes.
Human primary coronary vascular muscle cells showed under physiological strain no significant changes in DNA-synthesis (serumfree: -4,9±115,1%, n=4, P=0,87; full medium: +14,6±44,2%, n=3, P=0,6) or metabolic activity (serumfree: +14,6±44,2%, n=3, P=0,6; full medium: +81,66±61,95%, n=3, P=0,085). In all experiments a strain-induced necrosis or apoptosis could be excluded by counting the cell number, by determinating the LDH-activity and apoptosis.
For the second question is of interest whether the situation after unphysiological strain - e.g. after PTCA - can be imitated in vitro or not. Human primary aortic vascular muscle cells showed after four times of strain to technical Maximum (15% strain, up to 80 kPa) in a period of one month no significant changes in DNA-synthesis or metabolic activity. An in vitro model for restenosis was not reproducible in this way. Probably because in vivo the development of restenosis is complex.

Keywords:
mechanische Dehnung, vaskuläre Muskelzellen, Flexercell strain unit, DNA-Synthese, metabolische Aktivität, PTCA, Restenose

mechanical strain, vascular muscle cells, flexercell strain unit, DNA-synthesis, metabolic activity, PTCA, restenosis

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Inhaltsverzeichnis
Titelblatt, Referat, Inhaltsverzeichnis, Abkürzungsverzeichnis
1. Einleitung, Aufgabenstellung (1-17)
2. Materialien und Methoden (18-26)
3. Ergebnisse (27-47)
4. Diskussion (48-60)
5. Zusammenfassung (61-62)
6. Literaturverzeichnis (63-74)
7. Thesen (75-76)
Publikation von Ergebnissen dieser Arbeit