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67. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Unfallchirurgie
89. Tagung der Deutschen Gesellschaft für Orthopädie und Orthopädische Chirurgie
44. Tagung des Berufsverbandes der Fachärzte für Orthopädie

11. bis 16.11.2003, Messe/ICC Berlin

Einfluß von zyklischer, biomechanischer Kompression auf chondrogene Differenzierung von mesenchymalen Vorläuferzellen in Tissue Engineering-Matrices

Meeting Abstract (DGU 2003)

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  • corresponding author Peter Angele - Abteilung für Unfallchirurgie, Uniklinikum Regensburg, Franz Josef Strauss Allee 11, 93042, Regensburg, Phone: 0941 9446805, Fax: 0941 9446975
  • D. Schumann - Abteilung für Unfallchirurgie, Uniklinikum Regensburg, Franz Josef Strauss Allee 11, 93042, Regensburg, Phone: 0941 9446805, Fax: 0941 9446975
  • R. Kujat - Abteilung für Unfallchirurgie, Uniklinikum Regensburg, Franz Josef Strauss Allee 11, 93042, Regensburg, Phone: 0941 9446805, Fax: 0941 9446975
  • M. Nerlich - Abteilung für Unfallchirurgie, Uniklinikum Regensburg, Franz Josef Strauss Allee 11, 93042, Regensburg, Phone: 0941 9446805, Fax: 0941 9446975

Deutsche Gesellschaft für Unfallchirurgie. Deutsche Gesellschaft für Orthopädie und orthopädische Chirurgie. Berufsverband der Fachärzte für Orthopädie. 67. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Unfallchirurgie, 89. Tagung der Deutschen Gesellschaft für Orthopädie und Orthopädische Chirurgie und 44. Tagung des Berufsverbandes der Fachärzte für Orthopädie. Berlin, 11.-16.11.2003. Düsseldorf, Köln: German Medical Science; 2003. Doc03dguD6-7

Die elektronische Version dieses Artikels ist vollständig und ist verfügbar unter: http://www.egms.de/de/meetings/dgu2003/03dgu0280.shtml

Veröffentlicht: 11. November 2003

© 2003 Angele et al.
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Gliederung

Text

Fragestellung

Eine Verstärkung der chondrogenen Differenzierung von mesenchymalen Progenitorzellen (MPC) durch hydrostatische Kompression konnte in Vorarbeiten gezeigt werden. Ziel dieser weiterführenden Studie war es nun, den Einfluß zyklischer, mechanischer Kompression auf MPC, die in Tissue Engineering Matrices eingebracht wurden, zu analysieren.

Methoden

Humane, mesenchymale Vorläuferzellen wurden in biodegradable Matrices mit definierter Porengröße (250µm) und Volumen (80 mm3) injiziert und für 21 Tage in chondrogenem Medium kultiviert. In den ersten 7 Tagen erfolgte eine kompressive, biomechanische Belastung der Zell-Matrix-Konstrukte für 4 Stunden/Tag (8kPa, 0,3Hz). Als Kontrolle dienten unbelastete Zell-Matrix Konstrukte, die ansonsten unter den gleichen Bedingungen kultiviert wurden. Unbelastete und belastete Proben wurden am Tag 0 und Tag 21 entnommen und für die histologische (Toluidinblau-Färbung), immunhistochemische (Kollagen Typ II) und molekularbiologische Analyse weiterverarbeitet. Zur molekularbiologischen Analytik wurde RNA mittels Phenol-Chloroform Extraktionsmethode gewonnen. Die cDNA Synthese erfolgte mit Superscript RNase H-Reverse transcriptase (Invitrogen) und oligo-dt Primern. Die RT-PCR wurde mit dem Lightcycler System (Roche) durchgeführt.

Ergebnisse

Sowohl ohne als auch mit kompressiver biomechanischer Belastung konnte eine chondrogene Differenzierung mesenchymaler Progenitorzellen nachgewiesen werden. Jedoch zeigten die Zell-Matrix-Konstrukte, die für 7 Tage belastet wurden, eine deutliche Zunahme an proteoglykanreicher, extrazellulärer Matrixproduktion besonders im Zentrum der Konstrukte im Vergleich zu den unbelasteten Kontrollen. Analog war eine Zunahme an positiver Expression von Kollagen II in der belasteten Gruppe nachweisbar. Über den Untersuchungszeitraum von 21 Tagen stieg in Matrices der unbelasteten Gruppe die Genexpression besonders von Kollagen II (16522 fach) und von Kollagen X (1172 fach). Ein Zuwachs an Expression war auch für Aggrecan (7 fach) und Kollagen I (4 fach) nachweisbar. Im Vergleich zur unbelasteten Kontrolle zeigte sich unter kompressiver Belastung eine weitere Zunahme der Expression besonders von Aggrecan (+110%) sowie dem gelenkknorpeltypischem Kollagen II (+ 91%). Deutlich niedriger war die Steigerung an Kollagen I (+26%). Die Expression von Kollagen X veränderte sich nicht unter dem Einfluß kompressiver Belastung.

Schlussfolgerungen

Die kompressive biomechanische Belastung von mesenchymalen Vorläuferzellen, eingebracht in Tissue Engineering Matrices, resultiert in einer gesteigerten Expression und Deposition besonders von gelenkknorpeltypischen Matrixkomponenten (Proteoglykan, Kollagen II). Diese Studie belegt, dass durch gezielte biomechanische Belastung von Zell-Matrix Konstrukten eine gesteigerte Produktion von hyalinartigem Gelenkknorpel in Tissue Engineering Produkten möglich ist und damit möglicherweise eine verbesserte Reparatur von Knorpeldefekten erreicht werden kann.