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Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie
71. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Unfallchirurgie, 93. Tagung der Deutschen Gesellschaft für Orthopädie und Orthopädische Chirurgie und 48. Tagung des Berufsverbandes der Fachärzte für Orthopädie und Unfallchirurgie

24. - 27.10.2007, Berlin

Mechanische Belastung führt zu einer kontrollierten frühen osteochondralen Differenzierung der humanen mesenchymalen Stammzelle (hMSCs) in einem in vitro Modell

Meeting Abstract

  • G. Friedl - Universitätsklinik für Orthopädie u. Orthopädische Chirurgie, Graz, Austria
  • I. Rehak - Universitätsklinik für Orthopädie u. Orthopädische Chirurgie, Graz, Austria
  • H. Schmidt - Medizinische Universität Graz, Institut für Molekularbiologie und Biochemie, Graz, Austria
  • K. Schauenstein - Medizinsiche Universität Graz, Institut für Pathophysiologie, Graz, Austria
  • R. Windhager - Universitätsklinik für Orthopädie u. Orthopädische Chirurgie, Graz, Austria

Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie. 71. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Unfallchirurgie, 93. Tagung der Deutschen Gesellschaft für Orthopädie und Orthopädische Chirurgie, 48. Tagung des Berufsverbandes der Fachärzte für Orthopädie. Berlin, 24.-27.10.2007. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2007. DocE12-1052

Die elektronische Version dieses Artikels ist vollständig und ist verfügbar unter: http://www.egms.de/de/meetings/dkou2007/07dkou015.shtml

Veröffentlicht: 9. Oktober 2007

© 2007 Friedl et al.
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Gliederung

Text

Fragestellung: Physikalische Einflüsse spielen in der Skeletentwicklung und osteochondralen Regeneration eine wesentliche Rolle. Obwohl die multipotente hMSCs für zahlreiche klinische Anwendungen geeignet scheint, ist nur wenig über die molekularen Mechanismen bekannt, die die Zelllinien-spezifische Differenzierung regulieren. Wir fragten, ob mechanische Belastung per se einen osteo- und/oder chondroinduktiven Stimulus für undifferenzierte hMSCs darstellt.

Methodik: hMSCs wurden aus dem Knochenmark von 10 Probanden (5 weibliche und 5 männliche) isoliert und bis passage 4-6 expandiert. Anschließend erfolgte eine zyklische Dehnungsbelastung (CTS) im Ausmaß von 3000 µstrain unter Wachstumsbedingungen intermittierend über insgesamt 3 Tage. Die Genexpressionsanalyse wurde mittels Echtzeit-RT-PCR für unterschiedliche Markergene der osteoblastären und chondrozytären Differenzierung (u.a. die Transkriptionsfaktoren c-Fos, RUNX2, SOX9,) durchgeführt und mit dem Expressionsmuster von nicht-stimulierten Zellen verglichen. Zusätzlich wurde die Aktivität der Alkalischen Phosphatase (ALP) bestimmt.

Ergebnisse: Dehnungsbelastung führte zu einer signifikanten Stimulierung der osteoblastären und chondrozytären Markergene (u.a.RUNX2, ALPL, SPARC, SPP1,SOX9, LUM, DCN), was einherging mit einer signifikanten Augmentierung der ALP-Aktivität um plux 38%±12 SEM (P<0,05). Eine Matrixanalyse zeigte, dass der chondro-osteogene Effekt von CTS auf transkriptionaler Ebene kontrolliert abläuft, wo (1) c-Fos eine wichtige Rolle in der Signaltransduktion der osteoblastären Reaktion, nicht aber der chondrzytären Stimulation spielt, und (2) individuelle genotypisch-chondrogene Eigenschaften der hMSCs einen suppressiven Effekt auf die osteogene Differenzierung zu haben scheint.

Schlussfolgerung: Undifferenzierte hMSCs sind sehr sensitive für physikalische Dehnungsbelastungen, die zu einer kontrollierten Donor-abhängigen osteochondralen Stimulierung führen. Die Ergebnisse zeigen, dass ein geeignetes in-vitro System eine funktionellen Charakterisierung dieser Stammzellen ermöglicht, die von großer Bedeutung bei Tissue engineering-Anwendungen in der regenerativen Medizin ist.