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Fragestellung: Mesenchymale Stammzellen (MSZ) aus dem Knochenmark stellen aufgrund ihres hohen Expansions- und chondrogenen Differenzierungspotentials eine viel versprechende Zellquelle für die Regeneration von artikulärem Knorpel dar. In einer tierexperimentellen Studie am Merino-Schaf soll untersucht werden, inwieweit matrixgekoppelte MSZ mit chondrogener Vordifferenzierung den Einheilungsverlauf in einen fokalen Gelenkknorpeldefekt in vivo beeinflusst und gegenüber undifferenzierten MSZ zu bevorzugen ist. Zunächst sollte dafür in vitro das chondrogene Differenzierungsvermögen oviner MSZ im 3D-Kollagen I-Gel untersucht werden.

Methoden: Nach der Aspiration des Knochenmarks aus dem Beckenkamm wurden die isolierten MSZ in autologem Serum bis zur 1. Passage kultiviert. Anschließend erfolgte die Einsaat in Kollagen-I-Gele mit unterschiedlichen Zellzahlen (1*10e5 bis zu 5*10e6 Zellen/ml Kollagen). Die Konstrukte wurden bis zu 28 Tage sowohl in DMEM mit autologem Serum als auch in serumfreiem, chondrogenen Medium mit TGF-β3 sowie BMP-2 kultiviert. Mit der quantitativen real-time RT-PCR wurde die Expression der knorpelspezifischen Marker Kollagen II und Aggrecan sowie des Entdifferenzierungsmarkers Kollagen I über die Kultivierungszeit untersucht. Weiterhin erfolgte die histo- sowie immunhistologische Analyse der Präparate.

Ergebnisse: Die isolierten Zellen zeigten sowohl in autologem Serum als auch in FKS ein hochproli-feratives Potential. Zudem ließen sie sich osteogen, adipogen und chondrogen differenzieren. Im Gegensatz zu Regeneraten mit niedriger Zelldichte (1*10e5) erfolgte mit hoher initialer Zellkonzentration (1*10e6) in Medium mit Wachstumsfaktoren eine chondrogene Differenzierung im peripheren Bereich des Konstruktes. Die Expression von Kollagen II und Aggrecan nimmt über die Kulturdauer im Gel signifikant zu, während die Bildung von Kollagen I zugleich abnimmt. Die histologischen (Alzian-, Toluidinblau) und immunhistochemischen (Kollagen II, Aggrecan, Sox 9) Analysen zeigten ebenso eine chondrogene Differenzierung.

Schlussfolgerungen: Unter dem Einfluss von chondrogenem Medium mit den Wachtumsfaktoren TGF-β3 bzw. BMP-2 erfolgte bei den Konstrukten mit hoher initialer Zellzahl eine gezielte chondrogene Differenzierung. Damit ist in vitro die Vorraussetzung erfüllt, um die weitere Fragestellung zu untersuchen, inwieweit die Verwendung von MSZ als auch ihre chondrogene Prädifferenzierung für eine Regeneration in vivo geeignet ist. Aufbauend auf tierexperimentelle Ergebnisse der MACT mit ovinen artikulären Chondrozyten, sollen diese Stammzellregenerate sowohl undifferenziert als auch chondrogen vordifferenziert in einen fokalen Knorpeldefekt am Kniegelenk transplantiert werden.