2025 Juni - Christian Behm

Priv.-Doz. Christian Behm, PhD

MedUni Wien RESEARCHER OF THE MONTH, Juni 2025

Die Jury „Researcher of the Month” verleiht die Auszeichnung für diesen Monat Herrn Priv.-Doz. Christian Behm, PhD aus Anlass der im Top-Journal „Journal of Dental Research“ (IF 5.7) erschienenen Arbeit „Heterogeneity in Dental Tissue-Derived MSCs Revealed by Single-Cell RNA-seq“ [1]. Die multidisziplinäre Studie entstand an der Universitätszahnklinik Wien am Competence Center Periodontal Research (Leiter: Assoc.Prof. Oleh Andrukhov) in Zusammenarbeit mit Frau Dr.ⁱⁿ Sophia Derdak von der Core Facility Genomics der Medizinischen Universität Wien.

Heterogenität mesenchymaler Stromazellen aus dentalem Gewebe

Mesenchymale Stromazellen (MSCs) sind multipotente Vorläuferzellen, welche in zahlreichen Geweben des menschlichen Körpers vorkommen [2]. Zusätzlich zu Knochenmark, Nabelschnur und Fettgewebe [2], findet man MSCs auch im parodontalen Ligament (PDL) [3] und der Gingiva (Zahnfleisch) [4]. Diese beiden Elemente stellen den Weichgewebsanteil des Zahnhalteapparats dar. Die Transplantation von ex vivo kultivierten MSCs gilt als vielversprechendes therapeutisches Werkzeug für die Behandlung von degenerativen und entzündlichen Erkrankungen und wird bereits in zahlreichen in vivo Studien zur Behandlung von beispielsweise Typ-1 Diabetes, Gewebeschäden nach Herz- oder Hirninfarkten, Morbus Crohn, Parodontitis, Arthritis oder als Krebstherapeutikum untersucht. Das therapeutische Potenzial von MSCs wird jedoch unter anderem durch deren Heterogenität eingeschränkt, die sowohl durch die Herkunft aus verschiedenen Geweben als auch durch Unterschiede zwischen Spendern und sogar zwischen einzelnen Zellen innerhalb einer MSC-Population verursacht wird [5–7]. Um diese Unterschiede besser zu verstehen, werden verschiedene „Omics“-Ansätze eingesetzt, darunter die „single-cell transcriptomics“ [8, 9].      

Verschiedene Studien [7, 9–16] haben mit Hilfe der „single-cell RNA-seq“ Methode MSCs aus verschiedenen Gewebearten und von verschiedenen Spendern miteinander verglichen. Zwischen Gewebe- und Spenderassoziierter Heterogenität konnte jedoch nicht unterschieden werden, da die Spender der verschiedenen Gewebsarten nicht ident waren. Der Vorteil unserer Studie ist [1], dass MSCs aus dem PDL und der Gingiva von denselben fünf parodontal gesunden Personen isoliert und kultiviert wurden. Somit konnte bei der Untersuchung der Gewebe-assoziierten Heterogenität die Spender-assoziierte Heterogenität ausgeschlossen werden und umgekehrt.

Der Vergleich der Zellen zwischen PDL und Gingiva zeigte sowohl PDL- als auch Gingiva-spezifische Subpopulationen sowie Zellpopulationen, die in beiden Geweben vertreten sind. Die Gewebe-spezifischen Subpopulationen zeichneten sich durch spezifische hochregulierte Gensets aus. Mittels „gene/pathway enrichment and protein-protein interaction (PPI) network“ Analyse konnte nachgewiesen werden, dass die Unterschiede zwischen den gewebespezifischen Subpopulationen nur auf einige zelluläre Prozesse beschränkt sind, was auf eine begrenzte Variabilität in Bezug auf das Gewebe hinweist. Die Analyse der PDL- oder Gingiva-spezifischen Subpopulationen zwischen den fünf Spendern zeigte zwar signifikante, aber ebenfalls begrenzte Unterschiede zwischen den Spendern [1].

Zusammenfassend zeigt unsere Studie, dass es sowohl gewebespezifische als auch spenderabhängige Unterschiede in den Transkripten von PDL- und Gingiva-abstammenden MSCs gibt, die jedoch auf bestimmte zelluläre Prozesse beschränkt zu sein scheinen. Das Erkennen von gewebespezifischen und gewebsübergreifenden Subpopulationen verdeutlicht die Unterschiede zwischen den Zellen innerhalb dentaler MSC-Populationen. Daher könnte eine Kontrolle der MSCs auf Einzelzellebene hilfreich sein, um ihre Eigenschaften vor einer Transplantation sicherzustellen [1].

Wissenschaftliches Umfeld

Während seiner Dissertation im Labor von Assoc. Prof. Dr. Oleh Andrukhov an der Universitätszahnklinik Wien beschäftigte sich Priv.-Doz. Behm, PhD erstmals mit mesenchymalen Stromazellen (MSCs) und deren immunmodulatorischen Fähigkeiten. Dabei untersuchte er im Rahmen eines FWF geförderten Projekts (unter Anleitung von Assoc. Prof. Dr. Oleh Andrukhov) den Einfluss verschiedener Vitamin D Formen auf die Interaktion zwischen MSCs und unterschiedlichen Immunzellen. Diese Interaktionen spielen besonders im Hinblick auf Parodontitis, einer chronischen Entzündung des Zahnhalteapparates mit Abbau des Kieferknochens, eine essenzielle Rolle. Während seiner Zeit als PhD Student war Priv.-Doz. Christian Behm, PhD an zahlreichen weiteren Projekten beteiligt, auch in Kooperation mit der Klinischen Abteilung für Parodontologie, die sich mit der Rolle mesenchymaler Stromazellen in entzündlichen Erkrankungen des Zahnhalteapparates (z.B. Parodontitis, Gingivits, und Peri-Implantitis), beschäftigten.

In Kooperation mit der klinischen Abteilung für Kieferorthopädie an der Universitätszahnklinik Wien, etablierte Priv.-Doz. Behm, PhD einen weiteren Forschungsschwerpunkt und untersucht aktuelle die zellulären und molekularen Mechanismen der kieferorthopädischen Zahnbewegung. Dabei beschäftigt er sich besonders mit der aseptischen Entzündungsreaktion, die durch kieferorthopädische (mechanische) Kräfte verursacht wird und eine Voraussetzung für die Zahnbewegung ist. In einem Projekt, gefördert von der Euorpean Orthodontic Society (Projektleiter: Ao. Univ.-Prof. DDr. Erwin Jonke) fokussiert er sich auf die Untersuchung verschiedener Subtypen von Neutrophilen während der kieferorthopädischen Zahnbewegung.

Seit Juni 2024 ist Priv.-Doz. Behm, PhD selbständiger Leiter eines FWF-geförderten Einzelprojekts. In diesem wird er sich, zusammen mit zwei PhD Studentinnen, auf die Beteiligung der immunmodulatorischen Interaktion von MSCs mit verschiedenen Immunzellen an der aseptischen Entzündungsreaktion während der Zahnbewegung fokussieren. Ein weiterer aktueller Forschungsschwerpunkt von Priv.-Doz. Behm, PhD ist der Einfluss von Titan- und Zirkonia- Nano- und Mikropartikel auf MSCs. Diesem Projekt, welches sich mit den pathophysiologischen Vorgängen während einer Peri-implantitis beschäftigt und vom „International Team for Implantology“ gefördert wird, wird er sich in den nächsten zwei Jahren als Projekleiter widmen.

Zur Person

Von 2009 bis 2013 absolvierte er das Bachelorstudium Biologie an der Universität Wien, gefolgt vom Masterstudium der Molekularen Biologie. Dieses schloss er 2016 mit einer Masterarbeit in der Arbeitsgruppe von Ao. Univ.-Prof.ⁱⁿ Mag.^a Dr.ⁱⁿ Andrea Gsur am Institut für Krebsforschung der Medizinischen Universität Wien ab. Dem Masterstudium folgte ein PhD Studium an der Universitätszahnklinik in der Arbeitsgruppe von Assoc. Prof. Oleh Andrukhov (Medizinische Universität Wien). Seit seinem Abschluss des PhD Studiums 2020, ist Priv.-Doz. Behm, PhD als Post-Doc am Competence Center Periodontal Research (Universitätszahnklinik) tätig. Neben seiner Forschungstätigkeit engagiert sich Priv.-Doz. Behm, PhD auch in der Lehre im Rahmen des Zahnmedizinstudiums und betreut Diplom-, Master-, und Bachelorarbeiten sowie Dissertationen.  

Ausgewählte Literatur

1. Behm C, Miłek O, Schwarz K, et al (2024) Heterogeneity in Dental Tissue–Derived MSCs Revealed by Single-Cell RNA-seq. J Dent Res. https://doi.org/10.1177/00220345241271997
2. Viswanathan S, SHI Y, GALIPEAU J, et al (2019) Mesenchymal stem versus stromal cells: International Society for Cellular Therapy Mesenchymal Stromal Cell committee position statement on nomenclature. Cytotherapy 21:1019–1024. https://doi.org/10.1016/j.jcyt.2019.08.002
3. Seo B-M, Miura M, Gronthos S, et al (2004) Investigation of multipotent postnatal stem cells from human periodontal ligament. The Lancet 364:149–155. https://doi.org/10.1016/S0140-6736(04)16627-0
4. Mitrano TI, Grob MS, Carrión F, et al (2010) Culture and characterization of mesenchymal stem cells from human gingival tissue. J Periodontol 81:917–925. https://doi.org/10.1902/JOP.2010.090566
5. Levy O, Kuai R, Siren EMJ, et al (2020) Shattering barriers toward clinically meaningful MSC therapies. Sci Adv 6:. https://doi.org/10.1126/SCIADV.ABA6884
6. Costa LA, Eiro N, Fraile M, et al (2021) Functional heterogeneity of mesenchymal stem cells from natural niches to culture conditions: implications for further clinical uses. Cell Mol Life Sci 78:447–467. https://doi.org/10.1007/S00018-020-03600-0
7. Wang Z, Chai C, Wang R, et al (2021) Single-cell transcriptome atlas of human mesenchymal stem cells exploring cellular heterogeneity. Clin Transl Med 11:. https://doi.org/10.1002/CTM2.650
8. Zhang Q, Xu Y, Xu J (2022) Editorial: Targeting Heterogeneity of Mesenchymal Stem Cells. Front Cell Dev Biol 10:. https://doi.org/10.3389/FCELL.2022.894008
9. Zhang C, Han X, Liu J, et al (2022) Single-cell Transcriptomic Analysis Reveals the Cellular Heterogeneity of Mesenchymal Stem Cells. Genomics Proteomics Bioinformatics 20:70–86. https://doi.org/10.1016/J.GPB.2022.01.005
10. Barrett AN, Fong CY, Subramanian A, et al (2019) Human Wharton’s Jelly Mesenchymal Stem Cells Show Unique Gene Expression Compared with Bone Marrow Mesenchymal Stem Cells Using Single-Cell RNA-Sequencing. Stem Cells Dev 28:196–211. https://doi.org/10.1089/SCD.2018.0132
11. Huang Y, Li Q, Zhang K, et al (2019) Single cell transcriptomic analysis of human mesenchymal stem cells reveals limited heterogeneity. Cell Death Dis 10:. https://doi.org/10.1038/S41419-019-1583-4
12. Zhou W, Lin J, Zhao K, et al (2019) Single-Cell Profiles and Clinically Useful Properties of Human Mesenchymal Stem Cells of Adipose and Bone Marrow Origin. Am J Sports Med 47:1722–1733. https://doi.org/10.1177/0363546519848678
13. Medrano-Trochez C, Chatterjee P, Pradhan P, et al (2021) Single-cell RNA-seq of out-of-thaw mesenchymal stromal cells shows tissue-of-origin differences and inter-donor cell-cycle variations. Stem Cell Res Ther 12:. https://doi.org/10.1186/S13287-021-02627-9
14. Lee S, Chen D, Park M, et al (2022) Single-Cell RNA Sequencing Analysis of Human Dental Pulp Stem Cell and Human Periodontal Ligament Stem Cell. J Endod 48:240–248. https://doi.org/10.1016/J.JOEN.2021.11.005
15. Xu H, Dai Q, Wang X, et al (2023) ScRNA-seq links dental fibroblasts heterogeneity with mechanoresponsiveness. J Periodontal Res 58:. https://doi.org/10.1111/JRE.13139
16. Yang Y, Alves T, Miao MZ, et al (2024) Single-Cell Transcriptomic Analysis of Dental Pulp and Periodontal Ligament Stem Cells. J Dent Res 103:71–80. https://doi.org/10.1177/00220345231205283/ASSET/IMAGES/LARGE/10.1177_00220345231205283-FIG4.JPEG