Chengdu (LabNews Media LLC) – Forschende der Sichuan-Universität haben herausgefunden, dass die Wiederherstellung des Proteins IGFBP5 die zelluläre Seneszenz von Stammzellen aus dem Zahnsäckchen verringert und die Regeneration des Zahnhalteapparats über die WNT5B-Signalisierung fördert. Ein künstlich hergestelltes Hydrogel mit IGFBP5-überexprimierenden Zellen verbesserte die Regeneration des Zahnhalteapparats bei Ratten. Die Ergebnisse wurden am 15. September 2026 in Band 18 der Fachzeitschrift International Journal of Oral Science veröffentlicht.
Parodontitis kann zu einem fortschreitenden Verlust des Zahnhalteapparats führen, während das Altern die für die natürliche Reparatur notwendigen Stammzellen schwächen kann. Stammzellen aus dem Zahnsäckchen (DFSCs) gelten als vielversprechende Kandidaten für die Regeneration des Zahnhalteapparats, können aber selbst seneszent werden, wodurch ihre Fähigkeit zur Proliferation und Knochenbildung eingeschränkt wird.
Studiendesign
Das Forschungsteam unter der Leitung von Professor Jun Liu von der Abteilung für Kieferorthopädie des Westchinesischen Krankenhauses für Stomatologie der Sichuan-Universität untersuchte die Rolle des Insulin-ähnlichen Wachstumsfaktor-Bindungsproteins 5 (IGFBP5) bei der Alterung von DFSCs und der parodontalen Reparatur. Die Forschenden kombinierten zelluläre Experimente, Genexpressionsanalysen, Proteinanalysen, ein Biomaterial-Applikationssystem und ein Rattenmodell für Parodontitis.
Zentrale Ergebnisse
Die Forschenden stellten zunächst fest, dass die IGFBP5-Expression deutlich abnahm, wenn humane DFSCs nach wiederholter Zellteilung oder oxidativem Stress seneszent wurden. In den beiden Seneszenzmodellen sank die IGFBP5-Expression unter oxidativem Stress um mehr als das Fünffache und während der replikativen Seneszenz um das 69-Fache. Diese alternden Zellen wiesen zudem einen höheren oxidativen Stress, eine verringerte Lebensfähigkeit und Migrationsfähigkeit sowie eine schwächere Knochenbildungsaktivität auf.
„Wir haben festgestellt, dass die Wiederherstellung von IGFBP5 mehreren Merkmalen der Stammzellalterung entgegenwirken kann“, sagte Liu. „Verbesserungen des Zellüberlebens und der Knochenbildungsfähigkeit legen nahe, dass IGFBP5 dazu beitragen kann, die Regenerationsfähigkeit von DFSCs während des Alterungsprozesses zu erhalten.“
Weitere Experimente zeigten, dass eine Erhöhung von IGFBP5 altersbedingte Veränderungen reduzierte, reaktive Sauerstoffspezies senkte, die Zellzyklusaktivität verbesserte und Marker der Knochenbildung in gestressten DFSCs wiederherstellte. Genexpressionsanalysen wiesen auf den nicht-kanonischen Wnt-Signalweg als wichtigen Bestandteil dieser Reaktion hin. Insbesondere reduzierte die Überexpression von IGFBP5 die Expression von WNT5B und c-Jun, während Komponenten des kanonischen Wnt/?-Catenin-Signalwegs weitgehend unverändert blieben.
WNT5B wurde daraufhin als nachgeschalteter Faktor der IGFBP5-Antwort identifiziert. Die Zugabe von WNT5B schwächte die durch IGFBP5 hervorgerufenen knochenbildenden Effekte ab und erhöhte einen zellulären Seneszenzmarker, während die Blockierung von WNT5B die seneszenten und osteogenen Eigenschaften replikativ seneszenter Zellen teilweise verbesserte.
Hydrogel-Applikationssystem
Um diese Erkenntnisse in die Therapie zu übertragen, entwickelte das Team ein Zellträgergerüst namens Gel-vHA@oe-DFSC. Das System kombiniert ein Gelatine-Methacryloyl-Hydrogel (GelMA), vinylfunktionalisiertes Nanohydroxyapatit und DFSCs, die so verändert wurden, dass sie IGFBP5 überexprimieren. In Labortests unterstützte das Hydrogel das Zellüberleben unter oxidativem Stress, förderte die Zellausbreitung und steigerte die osteogene Aktivität.
Bei Ratten mit experimentell induzierter Parodontitis verbesserte die Behandlung nach Angaben der Forschenden die Qualität des Alveolarknochens, erhöhte die Knochenmineraldichte und den Knochenvolumenanteil und führte zu Gewebe mit weniger Entzündungen und besserer Kollagenorganisation.
„Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Verjüngung therapeutischer Stammzellen vor der Transplantation effektiver sein könnte als die einfache Transplantation unbehandelter Zellen“, sagte Liu. „Das Gerüst bietet zudem eine Möglichkeit, diese modifizierten Zellen am Ort des parodontalen Defekts zu stützen, während sie die lokale Gewebereparatur fördern.“
Ausblick
Die Studie könnte nach Einschätzung der Autoren über die Parodontitis hinaus Bedeutung haben, da die Alterung von Stammzellen eine umfassendere Herausforderung in der regenerativen Medizin darstellt. IGFBP5 könnte potenziell als molekularer Indikator für die Alterung von DFSCs und als Zielstruktur zur Wiederherstellung der Regenerationsfähigkeit vor einer Transplantation dienen. Die Autoren weisen jedoch darauf hin, dass vor einer klinischen Anwendung zusätzliche Studien an Zellen älterer Patienten und an größeren Tiermodellen erforderlich sind.
Originalpublikation: IGFBP5 lindert Parodontitis durch Umkehrung der Seneszenz humaner Zahnfollikel-Stammzellen über den nicht-kanonischen Wnt-Signalweg. International Journal of Oral Science.
DOI: 10.1038/s41368-026-00463-2
