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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

Regulation der Sekretion von Matrix Metalloproteasen aus mesenchymalen Stammzellen durch Variation einer zyklisch-kompressiven Belastung

Meeting Abstract

  • J.D. Glaeser - Charité - Universitätsmedizin Berlin, Berlin, Germany
  • S. Geissler - Charité - Universitätsmedizin Berlin, Berlin, Germany
  • G. Matziolis - Charité - Universitätsmedizin Berlin, Berlin, Germany
  • C. Perka - Charité - Universitätsmedizin Berlin, Berlin, Germany
  • G. Kasper - Charité - Universitätsmedizin Berlin, Berlin, Germany
  • G.N. Duda - Charité - Universitätsmedizin Berlin, Berlin, 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. DocE18-1197

Die elektronische Version dieses Artikels ist vollständig und ist verfügbar unter: http://www.egms.de/de/meetings/dkou2007/07dkou067.shtml

Veröffentlicht: 9. Oktober 2007

© 2007 Glaeser et al.
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Gliederung

Text

Mesenchymale Stammzellen (MSCs) spielen eine zentrale Rolle während der Knochenregeneration. Weitere Einflussfaktoren sind die mechanische Umgebung sowie biologische Faktoren wie z.B. Matrix Metalloproteasen (MMPs). MMPs spalten verschiedene Substrate, z.B. Komponenten der extrazellulären Matrix, Oberflächenrezeptoren und Wachstumsfaktoren. Durch diese Aktivitäten könnten MMPs das Verhalten von MSCs während der Knochenregeneration beeinflussen. Es wurde bereits nachgewiesen, dass die extrazelluläre Konzentration von MMP-2 durch mechanische Belastung von MSCs erhöht werden kann. Ziel dieser Arbeit war es zu untersuchen, ob diese Induktion durch Variation einer zyklisch-kompressiven Belastung beeinflusst werden kann. Außerdem sollte geklärt werden, ob eine erhöhte Expression und/oder Sekretion dafür verantwortlich ist. MSCs wurden aus humanem Knochenmarksaspirat isoliert und anhand ihrer Markerproteinexpression charakterisiert. MSCs im Fibrinkonstrukt wurden in einem Bioreaktor, der die in vivo-Situation im Frakturspalt simuliert, platziert. Zur Analyse des Einflusses der zyklisch-kompressiven Belastung wurden die Belastungsdauer (24h, 48h und 72h), die Belastungsfrequenz (0,1Hz, 0,5Hz, 1Hz und 2Hz) und die Belastungsstärke (4kPa, 10kPa, 17kPa und 20kPa) variiert. Die Zellvitalität im Konstrukt wurde mittels Acridinorange-Färbung überprüft und die Zellaktivität photometrisch mittels MTS-Test bestimmt. Intrazelluläre Proteinkonzentrationen wurden 8h nach Zugabe des Sekretionsinhibitors Brefeldin A gemessen. Die Bestimmung der Gesamtproteinkonzentration erfolgte im Bradford-Assay. 15µg Gesamtprotein wurden zur Bestimmung der intrazellulären MMP-2 Konzentrationen und 50µl konditioniertes Medium zur Untersuchung der sezernierten MMP-2 Menge im ELISA eingesetzt. Die Messung der MMP-Aktivität erfolgte durch Gelatine-Zymographie und anschließende Quantifizierung. Alle Experimente wurden mindestens dreimal wiederholt. Ausgehend von Parametern vorheriger Experimente (1Hz, 10kPa) ergab die Analyse der Belastungsdauer eine Akkumulation von extrazellulärem MMP-2 in allen untersuchen Proben nach 48h und 72h, nicht aber nach 24h. Variation der Frequenz zeigte (bei 10kPa, 3d), dass 0,5-1Hz die extrazelluläre MMP-2 Konzentration am stärksten erhöhen. Die Untersuchung des Einflusses der Belastungsstärke (bei 1Hz, 3d) zeigte die höchste extrazelluläre MMP-2 Konzentration bei 10-17kPa im Vergleich zu unbelasteten Kontrollen. 20kPa führten zum Zelltod im Konstrukt. Aktivitätsbestimmungen durch Zymographie bestätigten die Ergebnisse. Durch Einsatz von Brefeldin A wurde gezeigt, dass die intrazelluläre MMP-2 Konzentration durch mechanische Belastung nicht beeinflusst wird. Es wurde gezeigt, dass die extrazelluläre MMP-2 Konzentration durch Variation der Belastungsparameter beeinflusst werden kann. Im Gegensatz dazu war die intrazelluläre MMP-2 Konzentration unverändert, so dass eine erhöhte MMP-2 Sekretion als Antwort auf mechanische Belastung stattzufinden scheint.