Transplantation

AG Tissue Engineering und Zelltransplantation

Sekretariat Frau Petra Lambert
Telefon 0228 287 15801
Fax 0228 287 14856
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Profil der Arbeitsgruppe „Tissue Engineering und Zelltransplantation“

Forschungsschwerpunkt unserer Arbeitsgruppe ist der Einsatz von Leberzellen und Zellen der Bauchspeicheldrüse in der Transplantationsmedizin, wobei die Zellen in vitro auf dreidimensionalen, hochporösen Polymermatrizen verschiedener Art und Herkunft vorkultiviert werden. Das Ziel unserer Arbeit ist die Entwicklung eines Gewebeersatzes für Leber und endokrine Bauchspeicheldrüse mittels Tissue Engineering. Das in vitro neu gebildete Gewebe könnte in der Zukunft als Alternative zur allogenen Transplantation kompletter Organe bei Patienten mit Erkrankungen der Leber und Bauchspeicheldrüse zum Einsatz kommen. Da die Leberzellkultur auch zur Lösung metabolischer und toxikologischer Fragestellungen eingesetzt werden kann, befassen sich Projekte unserer Arbeitsgruppe auch mit den Einsatzmöglichkeiten von auf 3D Polymermatrizen in vitro kultivierten primären Hepatozyten im Bereich Pharmakologie/Toxikologie.

In der Vergangenheit konnten bereits die Techniken zur Isolierung von Hepatozyten (2-4, 7, 8, 12-18, 25, 28-38) und Langerhanszellen (1,9-12, 14, 19, 22-24, 26, 27) von uns etabliert werden. Die 3D in vitro Präimplantationskultur dieser Zellen auf hochporösen Matrizen wird in unserer Arbeitsgruppe unter statischen (3, 4) und pulsatilen Flussbedingungen (29-33) durchgeführt, was die Anpassung der Kulturbedingungen an den jeweiligen Zelltyp und die im Einsatz befindliche Matrix ermöglicht. Zudem haben wir eine Vielzahl von Matrizen unterschiedlicher Größe und Herkunft auf ihre Tauglichkeit für den Einsatz im Bereich Tissue Engineering getestet. Die Arbeit mit biologisch abbaubaren Matrizen auf Basis von Poly-L-milchsäure (PLLA) stand hierbei im Vordergrund (4, 6, 29-33). Mittels der von uns durchgeführten Untersuchungen konnte der Produktionsprozess der Matrizen durch Beeinflussung von Porengröße, Struktur und Beschichtung den Anforderungen des gewünschten Zelltyps angepasst werden. Aktuelle Untersuchungen beschäftigen sich mit dem Einsatz von Alginatmatrizen, welche sich mittels Citratpuffer vollständig degradieren lassen (3). Das im Rahmen der Vorkultur von Hepatozyten auf Alginatmatrizen gebildete Leberneogewebe mit differenzierter Stoffwechselleistung und ausgezeichneter metabolischer Aktivität kann somit durch Auflösen der Matrix rückgewonnen werden und möglicherweise zukünftig anstelle von Einzelzellen mittels Applikation über die Pfortader transplantiert werden (5). Somit könnte das von uns entwickelte und zum Patent angemeldete System (20, 21) demnächst in vivo zum Einsatz kommen. Dem Mangel an geeigneten Spenderorganen für die Transplantation könnte so durch den Einsatz unserer 3D Systeme in Zukunft begegnet werden.

Torok, E.; Lutgehetmann, M.; Bierwolf, J.; Melbeck, S.; Dullmann, J.; Nashan, B.; Ma, P. X.; Pollok, J. M.
Primary human hepatocytes on biodegradable poly(l-lactic acid) matrices: A promising model for improving transplantation efficiency with tissue engineering.
Liver Transpl 17(2):104-114; 2011.

Bierwolf, J.; Lutgehetmann, M.; Feng, K.; Erbes, J.; Deichmann, S.; Toronyi, E.; Stieglitz, C.; Nashan, B.; Ma, P. X.; Pollok, J. M.
Primary rat hepatocyte culture on 3D nanofibrous polymer scaffolds for toxicology and pharmaceutical research.
Biotechnol Bioeng 108(1):141-150; 2011.

Die interdisziplinäre Zusammenarbeit von Medizinern verschiedener Fachgebiete und Naturwissenschaftlern kennzeichnen unsere Arbeitsgruppe. Eine enge wissenschaftliche Zusammenarbeit besteht mit folgenden Forschungsgruppen:

Prof. Dr. Peter X. Ma
Department of Biologic and Materials Sciences, University of Michigan, Ann Arbor, USA
www.dent.umich.edu/about-school/department/bms/ma-lab
Prof. Dr. Maura Dandri-Petersen
Dr. Marc Lütgehetmann
AG Virushepatitis, I. Medizinische Klinik, Zentrum für Innere Medizin, Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf
www.uke.de/kliniken/medizinische-klinik-1
Prof. Dr. Péter Nagy
PD Dr. Sándor Paku
1st Department of Pathology and Experimental Cancer Research, Semmelweis University, Budapest
www.semmelweis.hu/english/faculties/faculty-of-medicine/departments/1st-department-of-pathology-and-experimental-cancer-research/

Prof. Dr. Smadar Cohen
Avram and Stella Goldstein-Goren Department of Biotechnology, Ben-Gurion-University of the Negev, Israel
in.bgu.ac.il/

Publikationen

1.

Begemann, J. F.; Pollok, J. M.; Kaufmann, P. M.; Kluth, D.; Broelsch, C. E.; Rogiers, X.
In vitro demonstration of survival and secretory function of islets of Langerhans encapsulated with a membrane of tissue-engineered chondrocytes for immunoisolation.
Transplant Proc 31(8):3250-3252; 1999.
2.

Belloni, L.; Allweiss, L.; Guerrieri, F.; Pediconi, N.; Volz, T.; Pollicino, T.; Petersen, J.; Raimondo, G.; Dandri, M.; Levrero, M.
IFN-alpha inhibits HBV transcription and replication in cell culture and in humanized mice by targeting the epigenetic regulation of the nuclear cccDNA minichromosome.
J Clin Invest 122(2):529-537; 2012.
3.

Bierwolf, J.; Lutgehetmann, M.; Deichmann, S.; Erbes, J.; Volz, T.; Dandri, M.; Cohen, S.; Nashan, B.; Pollok, J. M.
Primary human hepatocytes from metabolic-disordered children recreate highly differentiated liver-tissue-like spheroids on alginate scaffolds.
Tissue Eng Part A 18(13-14):1443-1453; 2012.
4.

Bierwolf, J.; Lutgehetmann, M.; Feng, K.; Erbes, J.; Deichmann, S.; Toronyi, E.; Stieglitz, C.; Nashan, B.; Ma, P. X.; Pollok, J. M.
Primary rat hepatocyte culture on 3D nanofibrous polymer scaffolds for toxicology and pharmaceutical research.
Biotechnol Bioeng 108(1):141-150; 2011.
5.

Bierwolf, J.; Pollok, J. M.
Liver tissue engineering. Tissue engineering using ceramics and polymers: Second Edition: Woodhead Publishing; 2014.
6.

Cusick, R. A.; Lee, H.; Sano, K.; Pollok, J. M.; Utsunomiya, H.; Ma, P. X.; Langer, R.; Vacanti, J. P.
The effect of donor and recipient age on engraftment of tissue-engineered liver.
J Pediatr Surg 32(2):357-360; 1997.
7.

Dandri, M.; Burda, M. R.; Zuckerman, D. M.; Wursthorn, K.; Matschl, U.; Pollok, J. M.; Rogiers, X.; Gocht, A.; Kock, J.; Blum, H. E.; von Weizsacker, F.; Petersen, J.
Chronic infection with hepatitis B viruses and antiviral drug evaluation in uPA mice after liver repopulation with tupaia hepatocytes.
J Hepatol 42(1):54-60; 2005.
8.

Giersch, K.; Helbig, M.; Volz, T.; Allweiss, L.; Mancke, L. V.; Lohse, A. W.; Polywka, S.; Pollok, J. M.; Petersen, J.; Taylor, J.; Dandri, M.; Lutgehetmann, M.
Persistent hepatitis D virus mono-infection in humanized mice is efficiently converted by hepatitis B virus to a productive co-infection.
J Hepatol 60(3):538-544; 2014.
9.

Kaufmann, P. M.; Fiegel, H. C.; Kneser, U.; Pollok, J. M.; Kluth, D.; Rogiers, X.
Influence of pancreatic islets on growth and differentiation of hepatocytes in co-culture.
Tissue Eng 5(6):583-596; 1999.
10.

Kaufmann, P. M.; Kneser, U.; Fiegel, H. C.; Pollok, J. M.; Kluth, D.; Izbicki, J. R.; Herbst, H.; Rogiers, X.
Is there an optimal concentration of cotransplanted islets of Langerhans for stimulation of hepatocytes in three dimensional matrices?
Transplantation 68(2):272-279; 1999.
11.  

Kaufmann, P. M.; Pollok, J. M.; Fiegel, H. C.; Kneser, U.; Rogiers, X.; Broelsch, C. E.
Islets of Langerhans promote hepatocyte number and function in cell culture.
European Journal Of Cell Biology 74:80-80; 1997.
12.

Kneser, U.; Kaufmann, P. M.; Fiegel, H. C.; Pollok, J. M.; Kluth, D.; Herbst, H.; Rogiers, X.
Heterotopic hepatocyte transplantation utilizing pancreatic islet cotransplantation for hepatotrophic stimulation: morphologic and morphometric evaluation.
Pediatr Surg Int 15(3-4):168-174; 1999.
13.

Kneser, U.; Kaufmann, P. M.; Fiegel, H. C.; Pollok, J. M.; Kluth, D.; Herbst, H.; Rogiers, X.
Long-term differentiated function of heterotopically transplanted hepatocytes on three-dimensional polymer matrices.
J Biomed Mater Res 47(4):494-503; 1999.
14.

Kneser, U.; Kaufmann, P. M.; Fiegel, H. C.; Pollok, J. M.; Rogiers, X.; Kluth, D.; Herbst, H.
Interaction of hepatocytes and pancreatic islets cotransplanted in polymeric matrices.
Virchows Arch 435(2):125-132; 1999.
15.

Lutgehetmann, M.; Bornscheuer, T.; Volz, T.; Allweiss, L.; Bockmann, J. H.; Pollok, J. M.; Lohse, A. W.; Petersen, J.; Dandri, M.
Hepatitis B virus limits response of human hepatocytes to interferon-alpha in chimeric mice.
Gastroenterology 140(7):2074-2083, 2083 e2071-2072; 2011.
16.

Lutgehetmann, M.; Mancke, L. V.; Volz, T.; Helbig, M.; Allweiss, L.; Bornscheuer, T.; Pollok, J. M.; Lohse, A. W.; Petersen, J.; Urban, S.; Dandri, M.
Humanized chimeric uPA mouse model for the study of hepatitis B and D virus interactions and preclinical drug evaluation.
Hepatology 55(3):685-694; 2012.
17.

Oehler, N.; Volz, T.; Bhadra, O. D.; Kah, J.; Allweiss, L.; Giersch, K.; Bierwolf, J.; Riecken, K.; Pollok, J. M.; Lohse, A. W.; Fehse, B.; Petersen, J.; Urban, S.; Lutgehetmann, M.; Heeren, J.; Dandri, M.
Binding of hepatitis B virus to its cellular receptor alters the expression profile of genes of the bile acid metabolism.
Hepatology; 2014.
18.

Petersen, J.; Dandri, M.; Mier, W.; Lutgehetmann, M.; Volz, T.; von Weizsacker, F.; Haberkorn, U.; Fischer, L.; Pollok, J. M.; Erbes, B.; Seitz, S.; Urban, S.
Prevention of hepatitis B virus infection in vivo by entry inhibitors derived from the large envelope protein.
Nature biotechnology 26(3):335-341; 2008.
19.

Pollok, J. M.; Begemann, J. F.; Kaufmann, P. M.; Kluth, D.; Broelsch, C. E.; Izbicki, J. R.; Rogiers, X.
Long-term insulin-secretory function of islets of Langerhans encapsulated with a layer of confluent chondrocytes for immunoisolation.
Pediatr Surg Int 15(3-4):164-167; 1999.
20.

Pollok, J. M.; Bierwolf, J.
Gerüstfreie Leberzellaggregate zur Verwendung bei der Transplantation.
Patent-Anmeldenummer DE201110121317; 2013.
21.

Pollok, J. M.; Bierwolf, J.
Method for preparing spheroids of human primary hepatocytes.
Patent application number WO2013087843; 2013.
22.

Pollok, J. M.; Ibarra, C.; Broelsch, C. E.; Vacanti, J. P.
Immuno-isolation of xenogenic islands of Langerhans in a tissue engineered autologous cartilage capsule.
Zentralblatt fur Chirurgie 123(7):830-833; 1998.
23.

Pollok, J. M.; Ibarra, C.; Vacanti, J. P.
Immunoisolation of xenogeneic islets using a living tissue engineered cartilage barrier.
Transplant Proc 29(4):2131-2133; 1997.
24.

Pollok, J. M.; Ibarra, C.; Vacanti, J. P.
A new method of xenotransplantation using autologous cartilage as an immunoisolation barrier for the transplantation of xenogeneic islets of Langerhans.
Transplant Proc 29(1-2):909-911; 1997.
25.

Pollok, J. M.; Kluth, D.; Cusick, R. A.; Lee, H.; Utsunomiya, H.; Ma, P. X.; Langer, R.; Broelsch, C. E.; Vacanti, J. P.
Formation of spheroidal aggregates of hepatocytes on biodegradable polymers under continuous-flow bioreactor conditions.
Eur J Pediatr Surg 8(4):195-199; 1998.
26.

Pollok, J. M.; Kolln, P. A.; Lorenzen, M.; Torok, E.; Kaufmann, P. M.; Kluth, D.; Bohuslavizki, K. H.; Gundlach, M.; Rogiers, X.
Islets of Langerhans encapsulated with a tissue-engineered membrane of rat chondrocytes maintain insulin secretion and glucose-insulin feedback for at least 30 days in culture.
Transplant Proc 33(1-2):1713-1714; 2001.
27.

Pollok, J. M.; Lorenzen, M.; Kolln, P. A.; Torok, E.; Kaufmann, P. M.; Kluth, D.; Bohuslavizki, K. H.; Gundlach, M.; Rogiers, X.
In vitro function of islets of Langerhans encapsulated with a membrane of porcine chondrocytes for immunoisolation.
Dig Surg 18(3):204-210; 2001.
28.

Sturm, A.; Amino, R.; van de Sand, C.; Regen, T.; Retzlaff, S.; Rennenberg, A.; Krueger, A.; Pollok, J. M.; Menard, R.; Heussler, V. T.
Manipulation of host hepatocytes by the malaria parasite for delivery into liver sinusoids.
Science 313(5791):1287-1290; 2006.
29.

Torok, E.; Lutgehetmann, M.; Bierwolf, J.; Melbeck, S.; Dullmann, J.; Nashan, B.; Ma, P. X.; Pollok, J. M.
Primary human hepatocytes on biodegradable poly(l-lactic acid) matrices: a promising model for improving transplantation efficiency with tissue engineering.
Liver Transpl 17(2):104-114; 2011.
30.

Torok, E.; Pollok, J. M.; Ma, P. X.; Kaufmann, P. M.; Dandri, M.; Petersen, J.; Burda, M. R.; Kluth, D.; Perner, F.; Rogiers, X.
Optimization of hepatocyte spheroid formation for hepatic tissue engineering on three-dimensional biodegradable polymer within a flow bioreactor prior to implantation.
Cells Tissues Organs 169(1):34-41; 2001.
31.

Torok, E.; Pollok, J. M.; Ma, P. X.; Kaufmann, P. M.; Dandri, M.; Petersen, J.; Burda, M. R.; Kluth, D.; Perner, F.; Rogiers, X.
Pre-implantation Optimization of Culture Conditions for Hepatocytes in a Flow Bioreactor for Hepatic Tissue Engineering on 3-dimensional Biodegradable Polymers
Zentralblatt für Kinderchirurgie 11:188-194; 2002.
32.

Torok, E.; Pollok, J. M.; Ma, P. X.; Vogel, C.; Dandri, M.; Petersen, J.; Burda, M. R.; Kaufman, P. M.; Kluth, D.; Rogiers, X.
Hepatic tissue engineering on 3-dimensional biodegradable polymers within a pulsatile flow bioreactor.
Dig Surg 18(3):196-203; 2001.
33.

Torok, E.; Vogel, C.; Lutgehetmann, M.; Ma, P. X.; Dandri, M.; Petersen, J.; Burda, M. R.; Siebert, K.; Dullmann, J.; Rogiers, X.; Pollok, J. M.
Morphological and functional analysis of rat hepatocyte spheroids generated on poly(L-lactic acid) polymer in a pulsatile flow bioreactor.
Tissue Eng 12(7):1881-1890; 2006.
34.

Uyama, S.; Kaufmann, P. M.; Kneser, U.; Fiegel, H. C.; Pollok, J. M.; Kluth, D.; Vacanti, J. P.; Rogiers, X.
Hepatocyte transplantation using biodegradable matrices in ascorbic acid-deficient rats: comparison with heterotopically transplanted liver grafts.
Transplantation 71(9):1226-1231; 2001.
35.

van de Sand, C.; Horstmann, S.; Schmidt, A.; Sturm, A.; Bolte, S.; Krueger, A.; Lutgehetmann, M.; Pollok, J. M.; Libert, C.; Heussler, V. T.
The liver stage of Plasmodium berghei inhibits host cell apoptosis.
Mol Microbiol 58(3):731-742; 2005.
36.

Volz, T.; Allweiss, L.; Ben, M. M.; Warlich, M.; Lohse, A. W.; Pollok, J. M.; Alexandrov, A.; Urban, S.; Petersen, J.; Lutgehetmann, M.; Dandri, M.
The entry inhibitor Myrcludex-B efficiently blocks intrahepatic virus spreading in humanized mice previously infected with hepatitis B virus.
J Hepatol 58(5):861-867; 2013.
37.

Volz, T.; Lutgehetmann, M.; Allweiss, L.; Warlich, M.; Bierwolf, J.; Pollok, J. M.; Petersen, J.; Matthes, E.; Dandri, M.
Strong antiviral activity of the new l-hydroxycytidine derivative, l-Hyd4FC, in HBV-infected human chimeric uPA/SCID mice.
Antivir Ther 17(4):623-631; 2012.
38. Weber, K.; Thomaschewski, M.; Warlich, M.; Volz, T.; Cornils, K.; Niebuhr, B.; Tager, M.; Lutgehetmann, M.; Pollok, J. M.; Stocking, C.; Dandri, M.; Benten, D.; Fehse, B.
RGB marking facilitates multicolor clonal cell tracking.
Nat Med 17(4):504-509; 2011.