gms | German Medical Science

Einleitung: Da Defekte der avaskulären inneren 2/3 des Meniskus eine schlechte Heilungskapazität aufweisen, möchten wir in einem in vitro Model untersuchen, ob ex vivo gentherapeutisch optimierte Konstrukte aus mesenchymalen Stammzellen (MSZ) im Vergleich zu Meniskuszellen in einer 3D-Matrix aus Typ I Kollagen und Gykosaminoglykanen (GAG) in der Lage sind, einen Heilungsprozess in dieser Meniskusregion zu initiieren.

Methoden: Bovine MSZ und Meniskuszellen wurden aus bovinen durch adhaerente Kultur bzw. Kollagenaseverdau gewonnen. Die Zellen wurden mit adenoviralen Vektoren für die Markergene Grün-fluoreszierendes Protein (GFP), Luziferase (Luc) und dem transformierenden Wachstumsfaktor ß1 (TGF-ß1) mit jeweils 50 infectious units (iu) transduziert. Es wurden jeweils 20 Konstrukte pro Gruppe generieriert, wobei jeweils 400 000 Zellen wurden pro zylindrische Matrix (5 mm Durchmesser, 2 mm Dicke) ausgesät wurden. Die Konstrukte wurden sowohl isoliert kultiviert, als auch in Risse transplantiert, welche zuvor in der avaskulären Zone boviner Menisken generiert wurden. Nach drei Wochen in vitro Kultur wurden die Konstrukte histologisch, immunhistochemisch, biochemisch und mittels RT-PCR untersucht. Nicht-modifizierte, sowie GFP bzw. Luc modifizierte Konstrukte dienten als Kontrollen.

Ergebnisse: Die Meniskuszellen, sowie auch MSZ waren sehr leicht mit adenoviralen Vektoren modifizierbar und zeigten in der Fluoreszenzmikroskopie, sowie auch in luminometrischen Messungen eine Dosis-abhängige Expression ihres jeweiligen Transgens in Monolayer und in 3D-Kultur für zumindest 3 Wochen. Transfer von TGF-ß1 cDNA in Meniskuszellen, sowie auch in MSZ resultierte in einer gesteigerten Zellulartität der Konstrukte, gesteigerten GAG/DNA Syntheseraten (DMMB und Hoechst Dye Analysen), stärkeren Färbungen für Proteoglykane (Toluidinblau) und Typ I und II Kollagen (Immunhistochemie), sowie verstärkter Expression Meniskus-spezifischer Markergene (Kollagen Typ I und II, Decorin, Biglycan). Nach Transplantation der Konstrukte in Meniskusläsionen der avakulären Zone konnte für beide Zellarten eine Füllung der Defekte mit faserknorpeligem Ersatzgewebe nach 3 Wochen in vitro Kultur nachgewiesen werden.

Schlussfolgerungen: Die Ergebnisse weisen darauf hin, dass adenoviraler Gentransfer TGF-ß1 cDNA sowohl in Meniskuszellen, als auch in MSZ geeignet ist, die Zellularität und Matrixsynthese von Meniskus-Konstrukten zu steigern. Ferner konnte die Ausbildung eines faserknorpeligen Regeneratgewebes in einem in vitro Modell gezeigt werden. Die Ergebnisse unterstreichen die potentielle Verwendung von MSZ als geeignete alternative Zellquelle für den ex vivo Gentransfer zur Reparatur von Meniskusdefekten in vivo.