SUMMARY: Mesenchymal stem cells (MSCs) are primarily fibroblast-like cells. Yet, once studied under conditions of shear stress when flowing along endothelial cells in vitro or in blood vessels, as well as in classic migration assays such as chemotaxis assays, MSCs have recently been found to function similarly to leukocytes in many ways. Firstly, MSCs express several homing receptors which are typically activated during extravasation of leukocytes. Secondly, some of these receptors are definitely functional, and required for their tissue localization in certain physiological or pathological contexts. Clinical protocols have in the last few years provided the first data on whether and how human MSCs may work in patients once delivered locally e.g. by injection, or systemically via the intra-arterial or intravenous route. Still, analysis of the ability of MSCs to activate specific homing receptors has up to now received relatively little attention. Moreover, maintenance or alterations of homing receptor expression or functions during good manufacturing practice (GMP) preparation steps, and documentation of presence and function of individual pathways on MSC preparations for clinical use are often missed. Hence, we review here mechanisms predicted to be relevant for adhesion, migration, and homing competence of MSCs. We also discuss some early data on homing of MSCs, deduced from preclinical experiments and from the few clinical studies with MSCs. Finally, we introduce some assays which could be applied to monitor preservation of the homing capacity of MSCs during GMP preparation.
Zusammenfassung: Mesenchymale Stammzellen (MSCs) sind primär fibroblastenartige Zellen. Die Untersuchung von MSCs unter Bedingungen mit Scherdruck beim Durchlaufen endothelialer Zellen in vitro bzw. in Blutgefäßen, sowie in klassischen Migrationsassays (z.B. Chemotaxis-Assays) ergab, dass MSCs in vielerlei Hinsicht ähnliche Funktionen wie Leukozyten zeigen. Erstens exprimieren MSCs mehrere Homing-Rezeptoren, die typischerweise bei Extravasation von Leukozyten aktiviert werden. Zweitens sind einige dieser Rezeptoren definitiv funktionstüchtig und notwendig für die Gewebelokalisation von MSCs in bestimmten physiologischen oder pathologischen Situationen. Klinische Protokolle haben in den letzten Jahren erste Daten dazu geliefert, ob und wie humane MSCs funktionieren, nachdem sie lokal (z.B. durch Injektion) oder systemisch (intraarteriell bzw. intravenös) an Patienten verabreicht worden sind. Dennoch ist der Analyse der Fähigkeit von MSCs, spezifische Homing-Rezeptoren zu aktivieren, bisher nur wenig Aufmerksamkeit geschenkt worden. Außerdem werden die Aufrechterhaltung bzw. Veränderungen der Homing-Rezeptorexpression und -funktion während der GMP(good manufacturing practice)-Herstellungsschritte sowie die Dokumentation der Anwesenheit und Funktion einzelner Signalwege in MSC-Präparaten für die klinische Nutzung oft wenig beachtet. Wir geben deshalb einen Überblick über die Mechanismen, von denen angenommen wird, dass sie für die Adhäsion, Migration und Homing-Kompetenz von MSCs relevant sind. Außerdem diskutieren wir einige Daten zum Homing-Verhalten von MSCs, die von präklinischen Experimenten und den wenigen klinischen Studien mit MSCs stammen, und stellen einige Methoden vor, die zur Überwachung der Erhaltung der Homing-Kapazität von MSCs während der GMP-Herstellung geeignet sein könnten.