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Die extrazelluläre Matrix hat wesentlichen Einfluss auf die Sox9-Kollagen II-Interaktion
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Autoren
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P. Bernstein
- Universitätsklinikum Carl Gustav Carus, Klinik und Poliklinik für Orthopädie, Dresden, Germany
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M. Dong
- TU Dresden, Bioinovationszentrum, Dresden, Germany
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M. Gelinsky
- TU Dresden, Max Bergmann Zentrum für Biomaterialien, Dresden, Germany
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S. Fickert
- Orthopädisch-unfallchirurgisches Zentrum, Med. Fakultät Mannheim der Univ.Heidelberg, Mannheim, Germany
| Veröffentlicht: | 16. Oktober 2008 |
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Gliederung
Text
Fragestellung: Sox9 wird im Tissue engineering des Gelenkknorpels als wichtiger chondrogener Marker und als Aktivator/Enhancer der Kollagen II - Transkription betrachtet. Wir haben in einer Studie die Abhängigkeit der Sox9-Expression von der zugeführten artefiziellen extrazellulären Matrix gezeigt. Interessant war dabei eine Diskordanz zur Kollagen II Expression.
Methodik: Knorpelzellen der Kniegelenke von 6 männlichen, ausgewachsenen Mini-Schweinen wurden unmittelbar nach Tötung der Tiere gewonnen. Die Knorpelzellen wurden nach den üblichen Protokollen isoliert und für 4 Passagen in Plastikkulturflaschen kultiviert (Monolayer-Kultur, Medium: DMEM, 10% FCS, 1% Penicillin/Streptomycin). Danach wurden die Zellen in 3 große Gruppen unterteilt: in Gruppe 1 wurden die Zellen in Alginat-, Alginat-Chitosan- oder Alginat-Fibrin - Beads enkapsuliert; Gruppe 2 - Chondrozyten wurden im Mikromassen-Modell kultiviert und Gruppe 3 war die Monolayer-Kontrollgruppe. Alle Zellen wurden in dieser Phase in chondrogenem Medium bis zu 4 Wochen kultiviert (zusätzlich TGF-β3, Ascorbic Acid, Dexamethasone). Danach erfolgten histologische, immunhistologische Untersuchungen als auch ein live/dead-Analyse sowie eine quantitative Gen - Expressionsanalyse (Kollagene I, II and X, Sox9 und GAPDH).
Ergebnisse: Die Expression von Sox9 mRNA war wesentlich von den extrazellulären Matrixbedingungen beeinflusst. Die höchste Expression wurde dabei in den Mikromassen - Pellets, gefolgt von Alginat- und Alginat-Chitosan - enkapsulierten Beads gemessen. Monolayer-kultivierte Chondrozyten zeigten eine persistierend niedrige Sox9 - Expression.
Die Expression von Kollagen II folgte nur im Mikromassen-Modell der hohen Sox9-Last. Sowohl in den Biomaterial-enkapsulierten als auch in den Monolayer-kultivierten Chondrozyten konnte keine relevante Kollagen-II-Expression nachgewiesen werden. Alle 3D-kultivierten Chondrozyten zeigten eine erhöhte Kollagen-X-Expression am Ende der vierwöchigen Kulturperiode.
Schlussfolgerung: Die Expression des chondrogenen Mastertranskriptionsfaktors Sox9 wird durch dreidimensionale Kulturbedingungen und durch die Zusammensetzung der EZM reguliert. Wie auch vorangegangene Arbeiten zeigen konnten, spielt auch die Zelldichte eine wesentliche Rolle. Diese Beobachtungen lassen sich möglicherweise durch bereits beschriebene Interaktionen mit RhoA/ROCK untermauern.
Ein überraschendes Ergebnis unserer Untersuchung war, dass nur im Mikromassen-Modell eine der Sox9-Expression angemessene Kollagen-II-Expression stattfand. Die Kollagen-II Expression scheint demnach nicht nur durch Sox9 einen wesentlichen Stimulus zu erfahren.
