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Behandlung von mesenchymalen Progenitorzellen mit LIPUS (LowIntensityPulsedUltraSound) in Tissue Engineering Scaffolds steigert die Expression von chondrogenen Markern
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Veröffentlicht: | 19. Oktober 2004 |
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Fragestellung
Aus dem Knochenmark isolierte mesenchymale Progenitorzellen (MPC) sind bekannt für ihr hohes Potential unterschiedliche Zellarten bilden zu können. In geeignete Tissue Engineering Scaffolds (TES) eingebrachte MPCs können nach einer 21 tägigen Kultur in chondrogenen Medium knorpelähnliches Gewebe bilden. Niedrig-intensive gepulster Ultraschall (LIPUS) wird in der Knochenheilung bzw. bei Kallusdistraktionen eingesetzt (20 Minuten/Tag, 30mW/cm2). Bis heute ist noch wenig über den Einfluß von LIPUS auf MPCs in TES bekannt. Ziel dieser Studie ist die Untersuchung des
Einflusses von niedrig-intensiven gepulsten Ultraschall auf die Expression chondrogener Marker von MPC in TES.
Methoden
Zwei Millionen synchronisierte MPCs wurden in zylindrische, biodegradable Scaffolds (Hyaluronan/Gelatine Komposit) injiziert und bei 37°C/5% CO2 in serumfreien DMEM mit speziellen Zusätzen gemäß Johnstone [1], kultiviert. Das Sonic Accelerated Fracture Healing System [SAFHS], Exogen Inc, wurde verwendet um die Zell-Scaffold Konstrukte 24 h nach Zellbeimpfung für 20 min/Tag durch erste 7 Tage zu belasten. (Intensität 30mW/cm2, Frequenz 1kHz). Im Anschluss an die Belastungsphase wurden die Scaffolds 14 Tage in chondrogenen Medium weiter kultiviert. Am Tag 0, 7, 14, 21 wurden Proben für die Analytik entnommen. An den Proben wurden histologische (Toluidinblau) und immunhistochemische (Kollagen Typ II) Färbungen an Gefrierschnitten von formaldehydfixiertem Material, biochemische Bestimmungen von GAG, DNA und Kollagen, Biosynthesebestimmung von Kollagen, sowie molekularbiologische Analyse (RT-PCR) von Komponenten der Extrazellulärmatrix durchgeführt.
Ergebnisse
Sowohl die belastete als auch die unbelastete Gruppe zeigten eine chondrogene Differenzierung der MPC. Darüber hinaus konnte in der 7 Tage belasteten Gruppe ein signifikanter Anstieg der Typ II Kollagen- und Extrazellulärmatrixproduktion gegenüber der Kontrolle nachgewiesen werden (Typ II Kollagen +108%, Aggrecan +15%, Typ I Kollagen +17%).
Schlussfolgerungen
Belastung von MPCs in Tissue Engineering Scaffolds mit Ultraschall führt im Vergleich mit unbelasteten Proben zu einem Anstieg der Expression chondrogener Marker. Eine gesteigerte Produktion von hyalinen-knorpel ähnlichen Gewebe konnte gefunden werden.