Establishing an in vitro model of the mouse endometrium

English. The process of implantation, both multifaceted and complex, is essential for a successful pregnancy but remains barely understood by researchers in its intricacies. Current research approaches heavily rely on the use of animal models, which are both deficient in terms of translatability to humans and not desirable due to ethical concerns regarding animal testing. Therefore, a lot of research effort is going into developing in vitro alternative methods that are as physiological as possible. A prerequisite for a safe implantation of an embryo is the preparation of the endometrial tissue, known as decidualization. While this process itself consists of several parts, one of the most critical being the differentiation of endometrial stromal cells. The main goal of this bachelor thesis is to contribute to the development of a 3D in vitro implantation (MIVI) model using murine endometrial primary cells, allowing for closer examination of the underlying mechanisms necessary for a successful pregnancy. In this study, primary murine endometrial stromal cells were examined in regards to their proliferation capability and ability to decidualize over several passages. The results from working in phenol red-free medium were compared to results obtained from Katja Schlicke working with phenol red-containing medium. Decidualization was induced through the treatment with progesterone, estrogen and cAMP. The response of the cells on hormonal treatment was assessed using immunofluorescence microscopy and gene expression analysis. The primary stromal cells were able to propagate, but showed increased proliferation capacity with successive passages, likely due to degradation of physiological properties. Similar changes correlated with increasing passage numbers were observed when evaluating cell morphology. Gene expression analyses of decidual markers produced variable results depending on the gene investigated. The gene expression patterns of Esr1, Snai1, Lam and Prl8a2 were most reliable in indicating successful decidualization of stromal cells. The work has highlighted the importance of characterizing in vitro models to be developed in detail. Characterization of the decidual response of endometrial stromal cells is an important step toward establishing a MIVI model, which could make the study of mechanisms underlying embryo implantation more accessible.

German. Der Prozess der Implantation, sowohl vielschichtig als auch komplex, ist entscheidend für eine erfolgreiche Schwangerschaft. Jedoch sind viele der grundlegenden Mechanismen in ihren Feinheiten von Forschern noch kaum ausreichend nachvollzogen worden. Die aktuellen Forschungsansätze beruhen stark auf den Einsatz von Tiermodellen, die in ihrer Übertragbarkeit auf den Menschen unzureichend sind und aufgrund ethischer Bedenken als problematisch gelten. Daher konzentrieren sich viele der heutigen Forschungsbemühungen darauf, alternative in vitro Methoden zu entwickeln, die möglichst physiologisch Bedingungen schaffen. Die Anpassung des Endometriums in Vorbereitung auf den Empfang der Blastozyste ist eine entscheidende Voraussetzung für eine sichere Implantation eines Embryos. Dieser Prozess, genannt Dezidualisierung, besteht selbst aus mehreren Teilvorgängen, wobei einer der kritischsten die Differenzierung der endometrialen Stromazellen ist. Das Hauptziel dieser Bachelorarbeit ist es, zur Entwicklung eines 3D murinen in vitro Implantationsmodells (MIVI), bestehend aus primären Zellen des Endometriums, beizutragen, dass es schlussendlich ermöglichen soll, die für eine erfolgreiche Schwangerschaft erforderlichen Mechanismen genauer untersuchen zu können. In dieser Arbeit wurden primäre murine endometriale Stromazellen hinsichtlich ihrer Proliferationsfähigkeit und ihrer Fähigkeit zur Dezidualisierung über mehrere Passagen hinweg untersucht. Die erzielten Ergebnisse in phenolrot freiem Medium wurden mit der Arbeit von Katja Schlicke in phenol rot haltigem medium verglichen. Die Dezidualisierung wurde durch die Behandlung mit Progesteron, Östrogen und cAMP induziert. Die Reaktion der Zellen auf die hormonelle Behandlung wurde mittels Immunfluoreszenzmikroskopie und Genexpressionsanalysen bewertet. Die primären Stromazellen konnten sich vermehren, zeigten jedoch mit fortschreitenden Passagen eine erhöhte Proliferationsfähigkeit, was wahrscheinlich auf den Verlust physiologischer Eigenschaften zurückzuführen ist. Ähnliche Veränderungen, die mit zunehmender Passagenzahl korrelierten, wurden bei der Bewertung der Zellmorphologie beobachtet. Die Genexpressionsanalysen von Dezidualmarkern lieferten je nach untersuchtem Gen abweichende Ergebnisse. Die Genexpressionsmuster von Esr1, Snai1 und Prl8a2 stellten sich als verlässliche Indikatoren einer erfolgreichen dezidualisierung von Stromazellen heraus. Fokus der Arbeit war die Charakterisierung von endometrialen Deziduazellen im Hinblick auf eine Verwendung in einem in vitro Model. Die Charakterisierung der Dezidualreaktion von endometrialen Stromazellen ist ein wichtiger Schritt zur Etablierung eines MIVI-Modells, welches das Studium der Mechanismen, die der Embryoimplantation zugrunde liegen, erleichtern könnte.