Proliferation und Funktion serumfrei kultivierter Hepatozyten

Abstract

Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden Hepatozyten von Ratte, Schwein und Mensch unter serumfreien Bedingungen kultiviert. Zur Beschreibung der Proliferation wurden BrdU-Einbau, zellulärer ATP- und DNA-Gehalt sowie die Zellzahl bestimmt. Als zellspezifische Eigenschaften wurden Cytochrom P450 Aktivitäten (EROD- und PRODAktivität) sowie die Harnstoffbildungsrate gemessen. Die Induzierbarkeit von EROD-Aktivität und Harnstoffsynthese wurde durch Zusatz von β-Naphthoflavon bzw. CPT-cAMP geprüft. Durch Transplantation in vitro-expandierter Rattenhepatozyten wurde die Repopularisierungskapazität serumfrei kultivierter Hepatozyten untersucht. Microarray-Analysen wurden durchgeführt, um Gene mit einem möglichen Einfluss auf die in vitro-Proliferation zu identifizieren. Je nach Spezies wurde ein unterschiedliches Proliferationspotential beobachtet. Es gelang nicht, humane Hepatozyten in vitro zu vermehren. Dagegen konnten Rattenhepatozyten in Primärkultur ca. 3-fach, porcine Hepatozyten etwa 5-fach vermehrt werden. Bei proliferierenden Hepatozyten wurde ein Verlust an zellspezifischen Funktionen und Eigenschaften beobachtet; mittels β-Naphthoflavon bzw. CPT-cAMP konnten ERODAktivität und Harnstoffsynthese jedoch induziert werden. Durch Transplantation in vitro-expandierter Rattenhepatozyten konnte gezeigt werden, dass die im Verlauf der Zellkultur verloren gegangene Proliferationsfähigkeit und Expression hepatozytenspezifischer Marker unter den physiologischen Bedingungen der Empfängerleber rekonstituiert wurden. Dies deutet darauf hin, dass der Funktionsverlust eher das Resultat einer funktionellen Down-Regulation als einer Dedifferenzierung der kultivierten Hepatozyten ist. Ohne dauerhaften Verlust zellspezifischer Funktionen könnte die Kultivierung humaner Hepatozyten zur Sicherstellung der permanenten Verfügbarkeit transplantierbarer humaner Hepatozyten beitragen. Eine zuverlässige in vitro-Expansion humaner Hepatozyten erscheint derzeit unter serumfreien Bedingungen aber nicht realisierbar.

Hepatocytes of rat, porcine and human origin have been cultured under serum-free conditions. In vitro proliferation of cells has been characterized by determining BrdU incorporation, cellular ATP and DNA content as well as cell number. Cytochrome P450 enzyme activities (EROD and PROD activity) and urea synthesis rate were investigated in order to describe hepatocyte specific functions during cell culture. EROD activity and urea synthesis were investigated under the influence of β-naphthoflavone and CPT-cAMP. Pre-cultured rat hepatocytes were transplanted into rat livers and repopulation of recipient livers by transplanted hepatocytes was studied. DNA microarray analyses were performed to identify genes that may influence proliferation of serum-free cultured hepatocytes in vitro. Depending on their origin cultured hepatocytes displayed a different proliferation capacity. While human hepatocytes did not proliferate under serum-free culture conditions, primary rat and porcine hepatocytes could be expanded three fold and five fold, respectively. Proliferation of hepatocytes was associated with a loss of cell specific functions during cell culture. However, hepatocyte-specific functions could be induced by β-naphthoflavone and CPT-cAMP in vitro. Transplantation of serum-free cultured rat hepatocytes revealed that rat hepatocytes expanded in culture were able to proliferate and to restore hepatocyte-specific functions under appropriate stimuli provided by the host liver. Therefore, the loss of function is more likely the result of a functional down regulation rather than a dedifferentiation of the cultured hepatocytes. Without a permanent loss of function serum-free cell culture techniques could be applied to continiously provide transplantable hepatocytes of human origin. Nevertheless, at present human hepatocytes can not reliably be expanded under serum-free culture conditions.