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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

Hypertrophe Chondrogenese mesenchymaler Stammzellen nach BMP-2 und BMP-4 Gentransfer

Meeting Abstract

  • B. Proffen - Orthopädische Klinik, König-Ludwig-Haus, Orthopädisches Zentrum für Muskuloskelettale Forschung, Würzburg, Germany
  • N. Karl - Orthopädische Klinik, König-Ludwig-Haus, Orthopädisches Zentrum für Muskuloskelettale Forschung, Würzburg, Germany
  • A. Heymer - Orthopädische Klinik, König-Ludwig-Haus, Orthopädisches Zentrum für Muskuloskelettale Forschung, Würzburg, Germany
  • C. Hendrich - Orthopädische Klinik, König-Ludwig-Haus, Orthopädisches Zentrum für Muskuloskelettale Forschung, Würzburg, Germany
  • U. Nöth - Orthopädische Klinik, König-Ludwig-Haus, Orthopädisches Zentrum für Muskuloskelettale Forschung, Würzburg, Germany
  • A. Steinert - Orthopädische Klinik, König-Ludwig-Haus, Orthopädisches Zentrum für Muskuloskelettale Forschung, Würzburg, 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. DocE35-1285

Die elektronische Version dieses Artikels ist vollständig und ist verfügbar unter: http://www.egms.de/de/meetings/dkou2007/07dkou176.shtml

Veröffentlicht: 9. Oktober 2007

© 2007 Proffen et al.
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Gliederung

Text

Fragestellung: Die Generierung von langzeitstabilem hyalinem Korpelregeneratgewebe zur Heilung von Knorpeldefekten in vivo wurde bislang noch nicht erreicht. Hyalines Knorpelersatzgewebe konnte durch Ansätze des Tissue Engineering mit mesenchymalen Stammzellen (MSZ) und Wachstumsfaktoren der TGF-betaSuperfamilie in vitro und in vivo hergestellt werden. Um diese Technologie erfolgreich für die Knorpelregeneration in vivo nutzen zu können, stellten wir uns die Frage, ob sich diese Faktorten effektiv mittels Gentransfer darreichen lassen, inwieweit das erzielte Gewebe hyalin ist, ob es hypertroph enddifferenziert ist, ob sich apoptotische Prozesse zeigen und ob Unterschiede zwischen BMP-2 und -4 zu verzeichnen sind.

Methode: Andenovirale Vektoren der ersten Generation wurden für, BMP-2 und und -4 verwendet, wobei Vektoren die für die humane BMP-4 cDNA kodieren, mittels Cre-lox Rekombination neu hergestellt wurden. Humane MSZ wurden nach adhaerenter Kultur mit o.g. Vektoren bei jeweils 50 iu (infectious units) infiziert. Danach wurden die jeweils genetisch-modifizierten MSZ in Pellet Kulturen (jeweils 3*105 Zellen/Pellet) in chondrogenem Differenzierungsmedium (ITS/Dexamethason/Ascorbat) für 3 Wochen kultiviert. Untransduzierte und GFP-transduzierte Kulturen dienten als Kontrollen. Die Kulturen wurden mittels ELISA, Histologie (HE, Alcianblau, ALP), Biochemischen Analysen (GAG/DNA Gehalt (DMMB und Hoechst-Dye-Methode)), Immunhistochemie (Kollagen Typ 1, 2, 10, sowie Annexin 5), und RT-PCR analysiert.

Ergebnisse: Die resultierenden Transgenexpressionsraten lagen bei den jeweils entsprechend genetisch-modifizierten Pelletkulturen um 50 ng/mL BMP-2, und BMP-4 an Tag 3. Beim BMP-2 im Vergleich zum BMP-4 Gentransfer zeigten sich jeweils grössere Pellets, gesteigerte GAG/DNA Syntheseraten und stärkere Färbungen für ALP und Typ X Kollagen (Col10) (Hypertrophiemarker) und Annexin 5 (Apoptosemarker). Die Färbungen für Proteoglykane (Alcianblau) und Typ II Kollagen (Col2) waren in den BMP-2 und -4 Kulturen vergleichbar. RT-PCR Analysen im Zeitverlauf zeigten eine vergleichbare Expression knorpelspezifischer Markergene (Col2, 9, 11, Aggrecan) und eine gesteigerte Expression von Hypertrophie assoziierten Genen (ALP, OP, Col10, PTH-rP, IHH) in den BMP-2 im Vergleich zu den BMP-4 Kulturen, obgleich auch dort positive Signale zu verzeichnen waren. Die Kontrollen (untransduziert, GFP-modifiziert) zeigten keine chondrogene Differenzierung.

Schlussfolgerungen: Es zeigt sich in den BMP-2 mehr als in den BMP-4 modifizieten Kulturen eine hypertrophe Enddifferenzierung, mit Übergang in ein frühes Apoptosestadium, was für die Knorpelregeneration als deletär zu werten ist. Dies korreliert mit den bisherigen in vivo Beobachtungen (Osteophytenbildungen, Zellverlust). Strategien zur Inhibierung der hypertrophen Enddifferenzierung könnten demnach essentiell zu einer Verbesserung von Knorpelregenratgewebe in vivo beitragen.