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Die Zelltherapie fokaler Knorpeldefekte durch autologe Chondrozytentransplantation gewinnt nach Vorliegen vielversprechender Langzeitergebnisse klinisch immer weiter an Bedeutung. In ihrer gegenwärtigen Technik ist Sie jedoch für den Patienten mit zwei Eingriffen am selben Gelenk im Abstand weniger Wochen und mit der Schaffung weiterer Knorpeldefekte zur Gewinnung der Chondrozyten verbunden. Für die Zelltherapie und das Tissue Engineering von verletztem Knorpelgewebe stellen mesenchymale Stammzellen eine vielversprechende Alternative zu autologen Chondrozyten dar, da sie ein hohes Wachstums- und Differenzierungspotential besitzen und ihre Gewinnung nicht im betroffenen Gelenk erfogen muß. Als Zellquelle bietet sich neben Knochenmark auch subkutanes Fettgewebe an, das in einem Routineeingriff durch Absaugung auch in größeren Mengen gewonnen werden kann. Ziel dieser Arbeit war es zu untersuchen ob Stammzellen aus Knochenmark und Fettgewebe gleichermaßen zur Differenzierung in Chondrozyten fähig sind und ob beide Zellquellen nach Differenzierung einen molekularen Phänotyp erreichen, der dem von artikulären oder von expandierten Chondrozyten entspricht, die gegenwärtig für die Knorpelregeneration eingesetzt werden.

Histologische und molekulare Untersuchungen an Monolayer-Kulturen belegten dass beide Stammzellquellen ein vergleichbares Multidifferenzierungs-Potential aufweisen und sowohl in adipogener osteogener und chondrogener Richtung differenzieren können. Das Genexpressionsprofil chondrogen induzierter Zellen in 2 D Kultur ähnelte jedoch dem von dedifferenzierten Chondrozyten, da die wichtigsten knorpelspezifischen Gene wie Kollagen Typ II und Aggrekan nicht exprimiert wurden.

Durch Anpassung der chondrogenen Induktionsbedingungen (u.a. Kultivierung in Sphäroidkultur) konnte die Differenzierung von Stammzellen aus Knochenmark so weit verbessert werden, dass ein Genexpressionsmuster mit großer Ähnlichkeit zu dem nativen Knorpels und die Ablagerung einer Proeteoglycan und Kollagen Typ II positiven Matrix erreicht wurde. Die detaillierte Genexpressionsanalse mittels cDNA-Array-Technologie ermöglichte eine Charakterisierung von vier Differenzierungsphasen, die sich von der natürlichen Knorpelbildung in vivo jedoch - durch eine deregulierte Expression mehrerer, vor allem hypertropher Marker, unterschieden (Kollagen Typ X, MMP13, Osteopontin). Dadurch ergab sich eine stärkere Homologie des terminalen Differenzierungsstadiums zu osteoarthrotischem als zu gesundem Gelenkknorpel. Stammzellen aus Fettgewebe wurden durch die verbesserten Induktionsbedingungen zwar ver-einzelt nicht jedoch reproduzierbar zur vollständigen Chondrogenese angeregt. Die Detektion einer Kollagen Typ II-positiven Matrix belegte jedoch, daß auch Stammzellen aus Fettgewebe prinzipiell das Potential zu einer nahezu vollständigen chondrogenen Differenzierung besitzen. Diese Arbeit zeigte zum erstenmal auf, dass Stammzellen bei ihrer chondrogenen Differenzierung dem molekularen Phänotyp von Knorpel sehr nahe kommen und damit aussichtsreiche Ersatzzellen für die Zelltherapie darstellen können. Vor Einsatz der Zellen am Menschen sollte einer möglichen hypertrophen Entwicklung der entstehenden Chondrozyten in tierexperimentellen Studien jedoch weitere Aufmerksamkeit geschenkt werden. Fettgewebe konnte als vielversprechende Zellquelle identifiziert werden und sollte weiterhin Gegenstand intensiver Forschung sein, um das große Potential seiner Stammzellen für die Zelltherapie und das Tissue Engineering von Knorpel zu erschließen. Unerwarteterweise konnte mit dem entwickelten 3D Sphäroiden durch ihre große Ähnlichkeit mit osteoarthrotischem Knorpelgewebe ein humanes in vitro-Testsystem geschaffen werden das vielversprechend für die Wirkstoffsuche und die Entwicklung von medikamentösen Therapien für die Behandlung der Osteoarthrose scheint.

(Bewertung: summa cum laude, publiziert in Winter et al. Arthritis Rheumatism (2003) 4(:418)