Skip to main content
Erschienen in:

04.04.2017 | Limbusstammzellinsuffizienz | Leitthema

Evaluierung neuer Biomaterialien und alternativer Stammzellpopulationen zur Rekonstruktion der Limbusstammzellnische

verfasst von: PD Dr. P. Eberwein, T. Reinhard

Erschienen in: Die Ophthalmologie | Ausgabe 4/2017

Einloggen, um Zugang zu erhalten

Zusammenfassung

Die Rekonstruktion der Limbusstammzellnische bei Limbusstammzellinsuffizienz ist nach wie vor eine der größten therapeutischen Herausforderungen bei Erkrankungen der Augenoberfläche. Die Ex-vivo-Expansion von Limbusstammzellen bedarf trotz bereits in einigen wenigen Zentren erreichter positiver Erfahrungen noch weiterer Optimierung bezüglich einer optimalen Rekonstruktion der Limbusstammzellnische. Auch alternative Stammzellquellen mit höherem Proliferations- und Differenzierungspotenzial wurden und müssen zukünftig vermehrt evaluiert werden. In die alternativen autologen Stammzellquellen wird insbesondere bei der beidseitigen kompletten Limbusstammzellinsuffizienz große Hoffnung gesetzt, denn nur bei ihrer Verwendung lassen sich immunologische Komplikationen umgehen. Im Bereich des Tissue-Engineering haben sich in den letzten Jahren zahlreiche neue Biomaterialien zur Rekonstruktion der Limbusstammzellnische hervorgetan, die allesamt zum Ziel haben, die Nische bestmöglich hinsichtlich zellulärer, anatomischer und biomechanischer Aspekte zu rekonstruieren. Ziel dieser Übersicht soll es sein, einen Überblick über neue Biomaterialien und Stammzellpopulationen im Kontext der Rekonstruktion der Limbusstammzellnische zu geben.
Literatur
2.
8.
Zurück zum Zitat Brown RA, Wiseman M, Chuo C et al (2005) Ultrarapid engineering of biomimetic materials and tissues: fabrication of nano-and microstructures by plastic compression. Adv Funct Mater 15:1762–1770CrossRef Brown RA, Wiseman M, Chuo C et al (2005) Ultrarapid engineering of biomimetic materials and tissues: fabrication of nano-and microstructures by plastic compression. Adv Funct Mater 15:1762–1770CrossRef
11.
Zurück zum Zitat Chirila T, Barnard Z, Zainuddin et al (2008) Bombyx mori silk fibroin membranes as potential substrata for epithelial constructs used in the management of ocular surface disorders. Tissue Eng Part A 14:1203–1211. doi:10.1089/ten.tea.2007.0224 CrossRefPubMed Chirila T, Barnard Z, Zainuddin et al (2008) Bombyx mori silk fibroin membranes as potential substrata for epithelial constructs used in the management of ocular surface disorders. Tissue Eng Part A 14:1203–1211. doi:10.​1089/​ten.​tea.​2007.​0224 CrossRefPubMed
12.
Zurück zum Zitat Chirila TV, Barnard Z, Zainuddin Z, Harkin D (2007) Silk as substratum for cell attachment and proliferation. Mater Sci Forum 561-565:1549–1552CrossRef Chirila TV, Barnard Z, Zainuddin Z, Harkin D (2007) Silk as substratum for cell attachment and proliferation. Mater Sci Forum 561-565:1549–1552CrossRef
13.
Zurück zum Zitat Demura M, Asakura T (1991) Porous membrane of Bombyx mori silk fibroin: structure characterization, physical properties and application to glucose oxidase immobilization. J Memb Sci 59:39–52CrossRef Demura M, Asakura T (1991) Porous membrane of Bombyx mori silk fibroin: structure characterization, physical properties and application to glucose oxidase immobilization. J Memb Sci 59:39–52CrossRef
14.
15.
17.
Zurück zum Zitat Dietrich-Ntoukas T, Hofmann-Rummelt C, Kruse FE, Schlötzer-Schrehardt U (2012) Comparative analysis of the basement membrane composition of the human limbus epithelium and amniotic membrane epithelium. Cornea 31:564–569. doi:10.1097/ICO.0b013e3182254b78 CrossRefPubMed Dietrich-Ntoukas T, Hofmann-Rummelt C, Kruse FE, Schlötzer-Schrehardt U (2012) Comparative analysis of the basement membrane composition of the human limbus epithelium and amniotic membrane epithelium. Cornea 31:564–569. doi:10.​1097/​ICO.​0b013e3182254b78​ CrossRefPubMed
19.
22.
Zurück zum Zitat Eberwein P, Nohava J, Schlunck G, Swain M (2014) Nanoindentation derived mechanical properties of the corneoscleral rim of the human eye. Key Eng Mater 606:117–120CrossRef Eberwein P, Nohava J, Schlunck G, Swain M (2014) Nanoindentation derived mechanical properties of the corneoscleral rim of the human eye. Key Eng Mater 606:117–120CrossRef
23.
Zurück zum Zitat Eberwein P, Reinhard T (2015) Concise reviews: the role of biomechanics in the limbal stem cell niche: new insights for our understanding of this structure. Stem Cells 33:916–924. doi:10.1002/stem.1886 CrossRefPubMed Eberwein P, Reinhard T (2015) Concise reviews: the role of biomechanics in the limbal stem cell niche: new insights for our understanding of this structure. Stem Cells 33:916–924. doi:10.​1002/​stem.​1886 CrossRefPubMed
26.
Zurück zum Zitat Grueterich M, Espana EM, Tseng SCG (2003) Ex vivo expansion of limbal epithelial stem cells: amniotic membrane serving as a stem cell niche. Surv Ophthalmol 48:631–646CrossRefPubMed Grueterich M, Espana EM, Tseng SCG (2003) Ex vivo expansion of limbal epithelial stem cells: amniotic membrane serving as a stem cell niche. Surv Ophthalmol 48:631–646CrossRefPubMed
27.
Zurück zum Zitat Gu S, Xing C, Han J et al (2009) Differentiation of rabbit bone marrow mesenchymal stem cells into corneal epithelial cells in vivo and ex vivo. Mol Vis 15:99–107PubMedPubMedCentral Gu S, Xing C, Han J et al (2009) Differentiation of rabbit bone marrow mesenchymal stem cells into corneal epithelial cells in vivo and ex vivo. Mol Vis 15:99–107PubMedPubMedCentral
29.
Zurück zum Zitat Hayashida Y, Nishida K, Yamato M et al (2005) Ocular surface reconstruction using autologous rabbit oral mucosal epithelial sheets fabricated ex vivo on a temperature-responsive culture surface. Invest Ophthalmol Vis Sci 46:1632–1639. doi:10.1167/iovs.04-0813 CrossRefPubMed Hayashida Y, Nishida K, Yamato M et al (2005) Ocular surface reconstruction using autologous rabbit oral mucosal epithelial sheets fabricated ex vivo on a temperature-responsive culture surface. Invest Ophthalmol Vis Sci 46:1632–1639. doi:10.​1167/​iovs.​04-0813 CrossRefPubMed
30.
Zurück zum Zitat Higa K, Takeshima N, Moro F, Kawakita T, Kawashima M, Demura M, Shimazaki J, Asakura T, Tsubota K, Shimmura S (2011) Porous silk fibroin film as a transparent carrier for cultivated corneal epithelial sheets. J Biomater Sci Polym Ed 22(17):2261–2276. doi:10.1163/092050610X538218 Higa K, Takeshima N, Moro F, Kawakita T, Kawashima M, Demura M, Shimazaki J, Asakura T, Tsubota K, Shimmura S (2011) Porous silk fibroin film as a transparent carrier for cultivated corneal epithelial sheets. J Biomater Sci Polym Ed 22(17):2261–2276. doi:10.1163/092050610X538218
31.
Zurück zum Zitat Hodgkinson T, Chen Y, Bayat A, Yuan X‑F (2014) Rheology and electrospinning of regenerated bombyx mori silk fibroin aqueous solutions. Biomacromolecules 15:1288–1298. doi:10.1021/bm4018319 CrossRefPubMed Hodgkinson T, Chen Y, Bayat A, Yuan X‑F (2014) Rheology and electrospinning of regenerated bombyx mori silk fibroin aqueous solutions. Biomacromolecules 15:1288–1298. doi:10.​1021/​bm4018319 CrossRefPubMed
35.
Zurück zum Zitat Jiang T‑S, Cai L, Ji W‑Y et al (2010) Reconstruction of the corneal epithelium with induced marrow mesenchymal stem cells in rats. Mol Vis 16:1304–1316PubMedPubMedCentral Jiang T‑S, Cai L, Ji W‑Y et al (2010) Reconstruction of the corneal epithelium with induced marrow mesenchymal stem cells in rats. Mol Vis 16:1304–1316PubMedPubMedCentral
36.
Zurück zum Zitat Jin H‑J, Fridrikh SV, Rutledge GC, Kaplan DL (2002) Electrospinning Bombyx mori silk with poly(ethylene oxide). Biomacromolecules 3:1233–1239CrossRefPubMed Jin H‑J, Fridrikh SV, Rutledge GC, Kaplan DL (2002) Electrospinning Bombyx mori silk with poly(ethylene oxide). Biomacromolecules 3:1233–1239CrossRefPubMed
52.
Zurück zum Zitat Mi S, Chen B, Wright B, Connon CJ (2010) Plastic compression of a collagen gel forms a much improved scaffold for ocular surface tissue engineering over conventional collagen gels. J Biomed Mater Res A 95:447–453. doi:10.1002/jbm.a.32861 CrossRefPubMed Mi S, Chen B, Wright B, Connon CJ (2010) Plastic compression of a collagen gel forms a much improved scaffold for ocular surface tissue engineering over conventional collagen gels. J Biomed Mater Res A 95:447–453. doi:10.​1002/​jbm.​a.​32861 CrossRefPubMed
54.
Zurück zum Zitat Nakamura T, Takeda K, Inatomi T et al (2011) Long-term results of autologous cultivated oral mucosal epithelial transplantation in the scar phase of severe ocular surface disorders. Br J Ophthalmol 95:942–946. doi:10.1136/bjo.2010.188714 CrossRefPubMed Nakamura T, Takeda K, Inatomi T et al (2011) Long-term results of autologous cultivated oral mucosal epithelial transplantation in the scar phase of severe ocular surface disorders. Br J Ophthalmol 95:942–946. doi:10.​1136/​bjo.​2010.​188714 CrossRefPubMed
55.
Zurück zum Zitat Nieto-Miguel T, Galindo S, Reinoso R et al (2013) In vitro simulation of corneal epithelium microenvironment induces a corneal epithelial-like cell phenotype from human adipose tissue mesenchymal stem cells. Curr Eye Res 38:933–944. doi:10.3109/02713683.2013.802809 CrossRefPubMed Nieto-Miguel T, Galindo S, Reinoso R et al (2013) In vitro simulation of corneal epithelium microenvironment induces a corneal epithelial-like cell phenotype from human adipose tissue mesenchymal stem cells. Curr Eye Res 38:933–944. doi:10.​3109/​02713683.​2013.​802809 CrossRefPubMed
56.
Zurück zum Zitat Ott HC, Matthiesen TS, Goh S‑K et al (2008) Perfusion-decellularized matrix: using nature’s platform to engineer a bioartificial heart. Nat Med 14:213–221. doi:10.1038/nm1684 CrossRefPubMed Ott HC, Matthiesen TS, Goh S‑K et al (2008) Perfusion-decellularized matrix: using nature’s platform to engineer a bioartificial heart. Nat Med 14:213–221. doi:10.​1038/​nm1684 CrossRefPubMed
57.
Zurück zum Zitat Reinhard T, Kontopoulos T, Wernet P et al (2004) Long-term results of homologous penetrating limbokeratoplasty in total limbal stem cell insufficiency after chemical/thermal burns. Ophthalmologe 101:682–687. doi:10.1007/s00347-003-0839-6 CrossRefPubMed Reinhard T, Kontopoulos T, Wernet P et al (2004) Long-term results of homologous penetrating limbokeratoplasty in total limbal stem cell insufficiency after chemical/thermal burns. Ophthalmologe 101:682–687. doi:10.​1007/​s00347-003-0839-6 CrossRefPubMed
61.
Zurück zum Zitat Schulz S, Beck D, Laird D et al (2014) Natural corneal cell-based microenvironment as prerequisite for balanced 3D corneal epithelial morphogenesis: a promising animal experiment-abandoning tool in ophthalmology. Tissue Eng Part C Methods 20:297–307. doi:10.1089/ten.TEC.2013.0195 CrossRefPubMed Schulz S, Beck D, Laird D et al (2014) Natural corneal cell-based microenvironment as prerequisite for balanced 3D corneal epithelial morphogenesis: a promising animal experiment-abandoning tool in ophthalmology. Tissue Eng Part C Methods 20:297–307. doi:10.​1089/​ten.​TEC.​2013.​0195 CrossRefPubMed
62.
Zurück zum Zitat Sharma S, Gupta D, Mohanty S et al (2014) Surface-modified electrospun poly(epsilon-caprolactone) scaffold with improved optical transparency and bioactivity for damaged ocular surface reconstruction. Invest Ophthalmol Vis Sci 55:899–907. doi:10.1167/iovs.13-12727 CrossRefPubMed Sharma S, Gupta D, Mohanty S et al (2014) Surface-modified electrospun poly(epsilon-caprolactone) scaffold with improved optical transparency and bioactivity for damaged ocular surface reconstruction. Invest Ophthalmol Vis Sci 55:899–907. doi:10.​1167/​iovs.​13-12727 CrossRefPubMed
64.
Zurück zum Zitat Shortt AJ, Secker GA, Munro PM et al (2007) Characterization of the limbal epithelial stem cell niche: novel imaging techniques permit in vivo observation and targeted biopsy of limbal epithelial stem cells. Stem Cells 25:1402–1409. doi:10.1634/stemcells.2006-0580 CrossRefPubMed Shortt AJ, Secker GA, Munro PM et al (2007) Characterization of the limbal epithelial stem cell niche: novel imaging techniques permit in vivo observation and targeted biopsy of limbal epithelial stem cells. Stem Cells 25:1402–1409. doi:10.​1634/​stemcells.​2006-0580 CrossRefPubMed
70.
Zurück zum Zitat Tseng SCG, Meller D, Anderson DF et al (2002) Ex vivo preservation and expansion of human limbal epithelial stem cells on amniotic membrane for treating corneal diseases with total limbal stem cell deficiency. Adv Exp Med Biol 506:1323–1334CrossRefPubMed Tseng SCG, Meller D, Anderson DF et al (2002) Ex vivo preservation and expansion of human limbal epithelial stem cells on amniotic membrane for treating corneal diseases with total limbal stem cell deficiency. Adv Exp Med Biol 506:1323–1334CrossRefPubMed
Metadaten
Titel
Evaluierung neuer Biomaterialien und alternativer Stammzellpopulationen zur Rekonstruktion der Limbusstammzellnische
verfasst von
PD Dr. P. Eberwein
T. Reinhard
Publikationsdatum
04.04.2017
Verlag
Springer Medizin
Erschienen in
Die Ophthalmologie / Ausgabe 4/2017
Print ISSN: 2731-720X
Elektronische ISSN: 2731-7218
DOI
https://doi.org/10.1007/s00347-017-0463-5

Weitere Artikel der Ausgabe 4/2017

Der Ophthalmologe 4/2017 Zur Ausgabe

Neu im Fachgebiet Augenheilkunde

Refraktion- und Visusbestimmung nach Implantation von Multifokal- oder Extended-Depth-of-Focus-Linsen

Es gibt viele Faktoren, die sich auf die postoperative Zufriedenheit nach Implantation von Intraokularlinsen mit Extended Depth-of-Focus (EDoF) und Multifokallinsen der Patienten auswirken können (z. B. photische Phänomene, postoperative …

Grundlegende Aspekte zur IOL-Berechnung

IOL-Berechnung kann mittlerweile als gelöstes Problem angesehen werden. Noch nicht gelöst ist aber das Problem der allgemeinen Verbreitung des Verständnisses der physikalischen und mathematischen Grundlagen. Auch sind die benötigten Hard- und …

Update Augenheilkunde

Bestellen Sie unseren Fach-Newsletter und bleiben Sie gut informiert.