Laboratory for Urologic Tissue Engineering and Stem Cell Therapy, Department of Urology, Universität Zürich, Zürich, Schweiz 2

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1 Elektromagnetische Stimulation rpms in vivo fördert die Muskelregeneration nach Stammzelleninjektion durch Steigerung des Muskelstoffwechsels und Stimulierung des Einwachsens von Nerven * Meline N L StöltingP 1 ; Christoph Handschin²; Attila Becskei³; Tullio Sulser 1; Daniel Eberli 1 1 Laboratory for Urologic Tissue Engineering and Stem Cell Therapy, Department of Urology, Universität Zürich, Zürich, Schweiz 2 Biozentrum, Forschungsgruppe Wachstum und Entwicklung, Universität Basel, Basel, Schweiz 3 Institut für Molekulare Biologie, Universität Zürich, Zürich, Schweiz Einführung und Ziele Muskelvorläuferzellen (MPCs) sind adulte Stammzellen, die auf Skelettmuskelfasern vorkommen. Sie sind für die normale Muskelregeneration verantwortlich und gelten als hervorragende Zellquelle für das Tissue Engineering von Muskelgewebe mit erfolgversprechenden Ergebnissen in vorklinischen Studien. Zur optimalen Muskelrekonstruktion müssen sich neue Muskelfasern bilden, die zu tonischen Kontraktionen fähig sind. Das ist nur möglich, wenn der gleiche oxidative Muskelfasertyp, das Einwachsen von Nerven und die Bildung neuer neuromuskulärer Verbindungen induziert werden kann. In dieser Studie untersuchen wir, ob die nicht-invasive elektromagnetische Stimulation (rpms) die Regeneration von biotechnologisch behandeltem Muskelgewebe nach Implantation von Muskelvorläuferzellen verbessert. Dazu untersuchen wir das Vorhandensein von Synapsen, Clustering von Acetylcholinrezeptoren (AChR) und muskulärer Stoffwechseladaptationen durch Muskelkontraktion. Material und Methoden Muskelvorläuferzellen wurden aus Muskelgewebeproben von Patienten mit bauchchirurgischen Eingriffen isoliert und in einem Collagenträger in vivo intramuskulär in ein Mausmodell mit Muskelverletzung implantiert. Die Hälfte der Tiere wurde an 5 aufeinanderfolgenden Tagen mit rpms (BioCon, 20 min. 50 Hz) behandelt. Tiere, die mit PGC1α transfizierte, den Muskelstoffwechsel steigernde Muskelvorläuferzellen erhalten hatten und nicht stimulierte Tiere dienten als Kontrollen. Muskelregeneration, Nervenwachstum und die Bildung neuer neuromuskulärer Verbindungen wurden immunhistochemisch sowie mittels RTPCR und WB untersucht. Ergebnisse rpms verursachte keine Schäden bei den stimulierten Tieren und steigerte die Stammzelldifferenzierung in vitro und in vivo (p<0.001). Die Zahl der Synapsen (p=0.01), nachgewiesen durch die Acetylcholinesterase-Expression, und der Acetylcholinrezeptor (AChR)-Cluster verdoppelten sich unter der rpms-behandlung (p=0.003). Unsere Analysen zeigten außerdem, dass der anhand der PGC1α-Expression gemessene Muskelstoffwechsel und die Muskelneubildung durch die rpms-therapie gesteigert

2 wurden. Das Einwachsen von Nerven wurde angeregt, die Agrin-Produktion auf dem stimulierten Muskel erhöhte sich (p<0.05) und die Nervenverzweigungen nahmen zu. Schließlich zeigen unsere Daten, dass die rpms-behandlung die Stammzellintegration und -distribution im sich regenerierenden Muskel signifikant verbessert (p<0.001) und die durch die implantierten Muskelvorläuferzellen gebildete Anzahl von Fasern steigert. Schlussfolgerungen rpms verbessert die Differenzierung implantierter MPCs zu gut organisierten Fasern mit den molekularen Eigenschaften normaler Muskelzellen durch Verbesserung der Synapsen, besseres Einwachsen von Nerven und AChR-Clustering. * unter Einsatz des Biocon-rPMS-Gerätes Literaturhinweise Abbildung 1

3 Die nicht-invasive elektromagnetische Stimulation rpms bei Stressinkontinenz verbessert die Regeneration der Skelettmuskeln, erhöht das Einwachsen von Nerven und das Acetylcholinrezeptor-Clustering * Meline N L Stölting P 1 ; Christoph Handschin²; Attila Becskei³; Tullio Sulser 1; Daniel Eberli 1 1 Laboratory for Urologic Tissue Engineering and Stem Cell Therapy, Department of Urology, Universität Zürich, Zürich, Schweiz 2 Biozentrum, Schwerpunkt Wachstum und Entwicklung, Universität Basel, Basel, Schweiz 3 Institut für Molekulare Biologie, Universität Zürich, Zürich, Schweiz (Clinical Incontinence Session) Einführung und Ziele Die Harninkontinenz, ein häufiges Erscheinungsbild bei älteren Menschen, tritt bei etwa der Hälfte der weiblichen Population über 45 Jahre und bei 17 % der Männer über 70 Jahre auf. Als First-Line-Therapie wird die Beckenrehabilitation empfohlen. Während die anogenitale Elektrostimulation eine bewährte Behandlungsmethode ist, wird der Einsatz der nicht-invasiven elektromagnetischen Stimulation (rpms) noch erforscht. Die Wirkungsweise und die bei dieser neuartigen Behandlungsoption ablaufenden molekularen Mechanismen wurden noch nicht untersucht. Wir beschäftigten uns in dieser Studie mit der Wirkung der rpms auf die Muskelfunktion und das Einwachsen von Nerven in vitro und in vivo. Material und Methoden Humane Muskelzellen, die aus Muskelgewebeproben von Patienten mit bauchchirurgischen Eingriffen isoliert wurden, werden mit dem Rückenmark von Rattenembryonen kokultiviert. Zur Simulation eines geschädigten Harnsphinkters verwendeten wir außerdem ein Mausmodel mit Skelettmuskelverletzung. Nervenwachstum und Muskelphänotyp wurden mit Hilfe des Fiber Formation Assay, immunhistochemischen Verfahren, RTPCR und WB beurteilt. Für die Analyse der systemischen Effekte der rpms wie Hämolyse, Nierenfunktion und Rhabdomyolyse wurden Messungen von Haptoglobulin, Kreatinin, Myoglobulin und Kreatinkinase vorgenommen. Ergebnisse Durch rpms stimulierte innervierte Muskelzellen steigerten (p=0.001) ihren Differenzierungsquotienten (43,99 % %) im Vergleich zu den Kontrollen signifikant (25,89 % + 2,827 %). Die mrna- und Proteinexpression der Muskelmerkmale wie Desmin und Myosin Schwere Kette 1 (MyH1) war ebenfalls höher. Die Acetylcholinesterase, deren Aktivität das Vorhandensein funktionaler Synapsen bestimmt, verdoppelte nahezu ihre Aktivität (p=0.0026). Die Hochregulation von TNFα und PGC1α wies eine signifikante Wirkung der rpms auf den Stoffwechsel und die Differenzierung von

4 Muskeln (p<0,001) nach. In vivo zeigen die Ergebnisse unter der rpms eine beschleunigte Muskeldifferenzierung und Verletzungserholung, wobei die Proteinexpression struktureller Muskelmarker wie Desmin (p=0,003), MyHC (p=0,06), MyH1 (p=0,028) und MyH2 (p=0,0071) zunimmt. Wir konnten nachweisen, dass das Einwachsen von Nerven und die Acetylcholinrezeptor-Cluster sich bei Tieren mit Muskelverletzungen nach magnetischer Stimulationsbehandlung verbesserten. Die rpms verursachte keine systemischen Veränderungen bei den Tieren. Schlussfolgerungen Wir konnten zeigen, dass die rpms die Differenzierung und Regeneration von Muskelgewebe signifikant fördert sowie die Zahl der Nervenfasern und das Clustering von Acetylcholinrezeptoren steigert. Diese nicht-invasive Methode kann dazu verwendet werden, muskuläre Funktionsdefizite einschließlich der Harninkontinenz zu beheben. * unter Einsatz des Biocon rpms-gerätes Literaturhinweise

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