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Prädifferenzierung von humanen mesenchymalen Stammzellen in Kollagen-Typ-I-Hydrogelen unter dem Einfluss von TGF-ß1
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Veröffentlicht: | 28. September 2006 |
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Fragestellung: Humane mesenchymale Stammzellen (hMSZ) können zukünftig eine alternative Zellquelle für das Tissue Engineering bilden. Eingebettet in dreidimensionale Matrices wie Kollagen-Typ-I-Hydrogele könnten diese Zellen die Grundlage für die Therapie von Gelenkknorpeldefekten darstellen. Eigene Untersuchungen diesbezüglich haben gezeigt, dass eine chondrogene Differenzierung von hMSZ in Kollagen-Typ-I-Hydrogelen unter Zugabe von TGF-ß1 über 21 Tage induziert werden kann. In der vorliegenden Studie wurde untersucht, ob eine ex vivo Prädifferenzierung von hMSZ mit TGF-ß1 über nur zehn Tage ebenfalls zu einer chondrogenen Differenzierung führt.
Methoden: Es wurden Kollagen-Typ-I-Hydrogele (Ars Arthro AG, Esslingen) mit 1x106 hMSZ/ml Gel hergestellt. Die Konstrukte wurden in chondrogenem Differenzierungsmedium unter der Zugabe von TGF-ß1 (10 ng/ml) für 10 Tage prädifferenziert und anschließend ohne diesen Differenzierungsfaktor bis zum Tag 21 weiterkultiviert. Als Positiv-Kontrolle dienten Konstrukte, die über 21 Tage in chondrogenem Differenzierungsmedium mit TGF-ß1 differenziert wurden. Als Negativ-Kontrolle wurden Gele in DMEM-F12 mit 10% FCS über einen Zeitraum von 21 Tagen kultiviert.
Ergebnisse: Wie erwartet und schon in früheren Untersuchungen gezeigt, führte die chondrogene Differenzierung über 21 Tage mit TGF-ß1 (Positiv-Kontrolle) zu einer starken Kontraktion der Gele, zu einer Differenzierung mit Chondrozyten-ähnlichen Zellen (H/E), umgeben von einer proteoglykanreichen EZM (Alzian Blau) und zu einem positiven Nachweis von Kollagen Typ II sowohl auf mRNA- als auch auf Proteinebene. Eine nur über 10 Tage dauernde Gabe von TGF-ß1 im chondrogenen Differenzierungsmedium resultierte in einer geringeren Kontraktion der Konstrukte, in einer schwächer ausgeprägten chondrogenen Differenzierung der Zellen und fehlender Expression von Kollagen Typ II. Zellen kultiviert in DMEM-F12 mit 10% FCS zeigten vereinzelt Chondrozyten-ähnliche Zellen ohne chondrogene Markergen-Expression.
Schlussfolgerung: Die vorliegenden Versuche zeigen, dass durch eine ex vivo Prädifferenzierung über 10 Tage humane mesenchymale Stammzellen in Kollagen-Typ-I-Hydrogelen zu Chondrozyten-ähnlichen Zellen differenzieren. Eine Expression der entscheidenden chondrogenen Markergene, wie Kollagen Typ II, fehlt jedoch nach 21 Tagen. Ob diese 10-tägige Prädifferenzierung zu einem ausreichend stabilen Gelenkknorpelregenerat führen kann, muss letztendlich im Tierversuch überprüft werden.