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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

Wirkung von Antagonisten des hypertrophen Differenzierungsweges auf die in vitro Chondrogenese von mesenchymalen Stammzellen

Meeting Abstract

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  • E. Steck - Stiftung Orthopädische Universitätsklinik Heidelberg, Sektion Experimentelle Orthopädie, Heidelberg, Germany
  • T. Hennig - Stiftung Orthopädische Universitätsklinik Heidelberg, Sektion Experimentelle Orthopädie, Heidelberg, Germany
  • W. Richter - Stiftung Orthopädische Universitätsklinik Heidelberg, Sektion Experimentelle Orthopädie, Heidelberg, Germany

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. DocE16-85

Die elektronische Version dieses Artikels ist vollständig und ist verfügbar unter: http://www.egms.de/de/meetings/dkou2007/07dkou047.shtml

Veröffentlicht: 9. Oktober 2007

© 2007 Steck et al.
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Gliederung

Text

Fragestellung: Mesenchymale Stammzellen (MSC) können in die unterschiedlichsten Zelltypen, darunter auch Chondrozyten, differenzieren. Sie stellen daher eine alternative Zell-Quelle bei der Behandlung von Knorpeldefekten dar. Alle bisher beschriebenen in vitro Ansätze zur chondrogenen Differenzierung von MSC lösen jedoch ein Differenzierungsprogramm aus, das dem der endochondralen Ossifikation ähnelt, incl. der Expression hypertropher Marker. Artikuläre Chondrozyten dagegen exprimieren unter identischen Kultivierungsbedingungen keine hypertrophen Marker.

Ziel dieser Studie war es daher durch Vergleich der endogenen Wachstumsfaktor- und Inhibitorexpression von artikulären Chondrozyten und chondrogen induzierten MSC mögliche Antagonisten des hypertrophen Differenzierungswegs zu identifizieren und diese durch gezielten Einsatz während der chondrogenen Differenzierung von MSC auf ihre Wirksamkeit zu testen.

Methodik: MSC und artikuläre Chondrozyten (n=3) wurden isoliert, expandiert und als 3D-Pelletkultur über 4, 7, 14, 21, 28 und 42 Tage in serumfreiem Medium mit VitaminC und 10ng/ml des Wachstumsfaktors TGFβ-3 induziert. Die Differenzierung wurde mittels Alcianblau-Färbung und Immunhistologie (Kollagen Typ I, II und X) bewertet und einer vergleichenden Genexpressionsanalyse mittels Real-Time RT-PCR und cDNA-Array unterzogen. Zudem wurde die alkalische Phosphatase (ALP) Aktivität bestimmt. Zusätzlich wurden verschiedene Inhibitoren des BMP- bzw. IHH-Signalwegs zugesetzt und deren Einfluss auf Differenzierung und Hypertrophie der MSC-Späroide analysiert.

Ergebnisse: Chondrozyten unterschieden sich von chondrogen differenzierten MSC durch die kontinuierliche Expression eines BMP-Inhibitors, der in MSC nach Induktion der Chondrogenese herunterreguliert wurde und ab Tag 14 nicht mehr nachweisbar war. Gegenläufig wurde in MSC die Expression der hypertrophen Marker IHH und Col10A1 reguliert, die in Chondrozyten fehlten. Die exogene Zugabe des BMP-Inhibitors während der Chondrogenese von MSC führte zur vollständigen Unterdrückung von Kollagen Typ X und zur Reduktion der ALP-Aktivität um mehr als 80%. Genexpressionsanalysen belegen zudem eine deutliche Herunterregulation weiterer hypertropher Marker wie BSPII, IHH und MMP13, während knorpeltypische Moleküle wie Aggrekan und Col2A1 nahezu unverändert blieben. Die exogene Zugabe eines Inhibitors des IHH-Signalwegs führte zu ähnlichen Ergebnissen, wobei hier die Unterdrückung der hypertrohen Marker aber nicht so effizient erfolgte.

Schlussfolgerung: Die Vermeidung der Hypertrophie chondrogen differenzierter MSC stellt die Basis für die klinische Anwendung dieser Zellen zur Behandlung von artikulären Knorpeldefekten dar. Erste Erfolge zur Unterdrückung eines hypertrophen Phänotyps konnten mit der Applikation von Inhibitoren der BMP und IHH Signalwege gefunden werden, die die chondrogene Differenzierungsfähigkeit der Zellen nicht negativ beeinflussten.