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Fragestellung: Das Problem großer osteochondraler Defekte liegt in der fehlenden Fähigkeit der Spontanheilung. In eigenen Untersuchungen am Großtiermodell konnte gezeigt werden, dass chronifizierte osteochondrale Defekte durch Chondrozytenmatrices allein nicht suffizient behandelt werden können.

Ziel dieses Projektes ist es, auf Basis des etablierten Großtiermodells am Schafsknie, die Defektrekonstruktion mittels autologer mesenchymaler Stammzellen (MSC) aus dem Knochenmark zu untersuchen. Von besonderem Interesse war, ob eine chondrogene Vordifferenzierung der MSC in vitro einen Einfluss auf die Regeneration in vivo hat.

Methodik: Bei 19 Merino-Schafen erfolgte in einer ersten Operation eine beidseitige osteochondrale Defektsetzung (Ø 7 mm) von je zwei Defekten an der medialen Femurkondyle am Schafsknie und die Entnahme von Knochenmarksaspirat aus dem Beckenkamm.

Nach Isolation der MSC über Ficoll-Dichtegradientenzentrifugation aus dem Knochenmarkspunktat wurden die Zellen vier Wochen mit DMEM und 10% autologem Serum bis zur Passage 1 kultiviert. Zur Herstellung der Knorpeltransplantate wurden jeweils 5*105 Zellen/ml in eine Kollagen-I-Matrix eingesät. Ein Teil der MSC-Gele wurde für 14 Tage mit chondrogenem Medium+10ng/ml TGF-β3 vordifferenziert, der andere Teil der Gele wurde parallel dazu mit DMEM und 10% autologem Serum ebenso 14 Tage kultiviert. Nach 6 Wochen in vitro erfolgte die Implantation der Konstrukte nach Aufbohrung des bei der Erstoperation gesetzten Defektes. Als Vergleichsgruppen dienten Leerdefekte und implantierte Leergele. Die Explantation der Kniegelenke erfolgte nach einer Standzeit von 6 Monaten. Die Konstrukte wurden im Anschluss hieran bildmorphologisch (µMRT) und histologisch untersucht.

Ergebnisse: Anhand der Genexpression, Immunhistologie und Messung der gebildeten sulfatierten Glycosaminoglycane konnte eine erfolgreiche chondrogene in-vitro-Differenzierung der ovinen MSC im Kollagengel gezeigt werden. In vivo zeigten die Defekte mit Stammzellimplantaten im Gegensatz zu unbesiedelten Kollagengelen eine gute strukturelle Einbindung mit glatter Oberfläche, hyalinartiger Matrix, Säulenstruktur der Zellen und kaum Proteoglykanverlust in der Toluidinblaufärbung. Die vordifferenzierten Stammzellgele zeigten die besten Ergebnisse und erzielten einen ICRS Visual Histological Score von 14,25 und einen O'Driscoll Score von 17,38. Die unbesiedelten Gele kamen auf 9,6 Punkte im ICRS und auf 10 Punkte nach O'Driscoll. Diese Ergebnisse wurden auch in der µMRT Auswertung nach Mocart bestätigt.

Schlussfolgerung: Die Implantation von Kollagengelen auf der Basis von autologen mesenchymalen Stammzellen führt nach 6 Monaten zu einer partiell hyalinartigen Struktur der Regeneratmatrix. Trotz hoher Variabilität stellt das Verfahren eine vielversprechende Weiterentwicklung auf dem Gebiet der biologischen Knorpelregeneration dar.