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Fragestellung: Mesenchymale Stammzellen (MSCs) scheinen für die Geweberegeneration in der Fraktur- und Knochendefektheilung eine entscheidende Rolle zu spielen. Es wurde sowohl in vitro als auch in vivo gezeigt, dass MSCs die Angiogenese fördern, welche eine wichtige Voraussetzung für die Wiederherstellung von Gewebe ist. Da außerdem bekannt ist, dass mechanische Rahmenbedingungen die Knochenregeneration beeinflussen, hatte die vorliegende Studie zum Ziel, die Auswirkungen mechanischer Belastung auf das pro-angiogene Potential von MSCs zu untersuchen.

Methodik: MSCs wurden aus Knochenmarksaspiraten isoliert und anhand ihrer Markerproteinexpression mittels FACS-Analyse charakterisiert (CD13+, CD44+, CD73+, CD90+, CD105, CD106, CD34-, CD45-). Die Zellen wurden in einem Spongiosa/Fibrinkonstrukt in einem Bioreaktor für 3 Tage bei 1Hz und 2.5kPa mechanisch stimuliert. Das gewonnene konditionierte Medium (KM) wurde in 2D „tube formation“ und 3D „sprouting“ Angiogeneseassays mit HMEC-1 Zellen getestet. Die Proliferation der Endothelzellen wurde nach 3 Tagen photometrisch mittels MTS gemessen. Adhäsion wurde nach 20 Minuten ebenfalls mittels MTS gemessen. Migration wurde in einem Boyden Chamber Verfahren mittels Hoechst Färbung analysiert. Die MMP-Aktivität wurde in Gelatine-Zymogrammen bestimmt und Proteinmengen mittels ELISA quantifiziert.

Ergebnisse: In beiden Angiogeneseassays konnte gezeigt werden, dass KM von MSCs, die mechanisch stimuliert wurden, ein höheres angiogenes Potenzial haben als KM von unstimulierten Kontrollansätzen. Funktionelle Assays zeigten, dass die Proliferation, aber nicht die Migration oder Adhäsion der Endothelzellen erhöht wurde. Die Stimulation der Angiogenese war abhängig von der Aktivität des FGFR1. Außerdem wurde die Induktion des „tube formation“ durch die Blockierung des VEGFR unterdrückt. Die Untersuchung von Expressionshöhen verschiedener Regulatoren der Angiogenese nach mechanischer Belastung zeigte eine Erhöhung von MMP-2, TGF-β1 und bFGF, aber nicht von VEGF.

Schlussfolgerung: Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass mechanische Belastung von MSCs zu einer parakrinen Stimulation der Angiogenese führt. Der zugrunde liegende Mechanismus scheint die FGFR bzw. VEGFR Signalkaskaden zu involvieren, ist aber wahrscheinlich zusätzlich vermittelt durch den „cross talk“ mit anderen Signalwegen.