Entwicklung und Charakterisierung von neuartigen glattmuskulären Zellsystemen für die Wirkstoffforschung

Zellen der glatten Muskulatur sind überall im menschlichen Körper vorzufinden und übernehmen eine Vielzahl von Funktionen. Ihre Hauptfunktion ist die starke und effiziente Kontraktion. Damit regulieren sie unter anderem die Peristaltik im Magen-Darm-Trakt sowie den Druck in den Gefäßen und Bronchien. Glattmuskelzellen spielen eine entscheidende Rolle bei pathologischen Erkrankungen wie Asthma, COPD oder Bluthochdruck und besitzen daher einen hohen Stellenwert als Testsysteme für die präklinische Forschung. Für die Entwicklung neuer Wirkstoffe werden Zellsysteme benötigt, die möglichst genau die in-vivo Situation außerhalb des Organismus widerspiegeln. Dafür wurden im Zuge dieser Arbeit mittels der CI-SCREEN Immortalisierung neuartige glattmuskuläre Testsysteme generiert. Neben Glattmuskelzelllinien des Bronchus, der Pulmonalarterie und der Aorta gesunder Spender wurden Atemwegsglattmuskelzelllinien eines COPD Spenders etabliert. Die Analyse der Genintegration und –expression zeigt, dass für die Immortalisierung primärer Glattmuskelzellen die Gene Bmi1, E7, MYC, Nanog und E6 eine wichtige Rolle spielen. Die Aufrechterhaltung des Glattmuskelphänotyps wurde anhand von Genexpressionsanalysen und immunzytochemischen Färbungen untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass spezifische Markergene wie α-smooth muscle actin, Sm22-α oder Calponin in den generierten Linien sowie in den primären Zellen kaum exprimiert wurden. Die Expression dieser Gene konnte mittels der Medienzusätze TGF-β1 und B27 deutlich gesteigert werden. Außerdem wurde die Kontraktion der Zelllinien untersucht. Dabei wurde zunächst auf molekularer Ebene die Ausschüttung von Calciumionen nach Histamin-, Serotonin- oder Methacholinstimulation und somit die Expression der entsprechenden GPCRs festgestellt. Der Nachweis der Kontraktion der Zelllinien erfolgte anhand der Besiedelung dezellularisierter Lungenpräzisionsschnitte. Die Anwendung der Zelllinien und deren Potential für die Wirkstoffentwicklung wurde mittels eines klinisch relevanten Medikaments, dem Antihistaminikum Levocetirizin, getestet. Die Ergebnisse zeigen, dass sich gesunde und erkrankte Glattmuskellinien deutlich unterscheiden und für die Inhibition des Histaminrezeptors gesunder Zellen 10-fach geringere Mengen an Levocetirizin ausreichten, verglichen mit den Zellen des COPD Spenders. Die Daten dieser Arbeit zeigen somit das große Potential der entwickelten Glattmuskelzelllinien als in-vitro Testsysteme für die Wirkstoffentwicklung.