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Kombinierte Überexpression von humanem IGF-I und FGF-2 durch transplantierte Chondrozyten stimuliert die Knorpelreparatur in vivo
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Veröffentlicht: | 9. Oktober 2007 |
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Einleitung: Transplantation von genetisch modifizierten Chondrozyten, welche entweder IGF-I oder FGF-2 überexprimieren, verbessert die Reparatur von osteochondralen Knorpeldefekten in vivo. Wir testeten die Hypothese, daß ein kombinierter Gentransfer von IGF-I und FGF-2 die Chondrogenese und Reparatur von osteochondralen Defekten in vivo verbessert.
Methodik: Chondrozyten wurden mit lacZ oder mit einer Kombination aus IGF-I und FGF-2 mittels FuGENE 6 transfiziert, in Alginatspäroide verkapselt (lacZ- oder IGF-I/FGF-2- Sphäroide) und in osteochondrale Defekte im Femoropatellargelenk von Kaninchen transplantiert. Die Knorpelreparatur wurde nach 3 Wochen durch ein etabliertes Bewertungssystem ausgewertet. Proteoglykane im Reparaturknorpel wurden biochemisch bestimmt (DMMB). Ein multivariantes Statistikmodell bestimmte die Signifikanz.
Ergebnisse: In vitro sezernierten IGF-I/FGF-2-Sphäroide 33,4±1,8 ng IGF-I/107 Zellen/24 h am Tag 2 (lacZ-Späroide: 0,1±0,0 ng/107 Zellen/24 h, n=6). Am Tag 7 nach Transfektion fiel der IGF-I-Spiegel in den IGF-I/FGF-2- Späroiden ab auf 15,9±7,0 ng IGF-I/107 Zellen/24 h, signifikant höher als in den lacZ-Späroiden (0,2±0,1 ng IGF-I/107 Zellen/24 h; n=6). Die FGF-2-Expression der IGF-I/FGF-2- Sphäroide lag an Tag 2 bei 7,5±1,1 ng/107 Zellen/24 h und am Tag 7 bei 1,1±0,3 ng/107 Zellen/24 h. In den IGF-I/FGF-2-Späroiden kehrten die IGF-I- und FGF-2-Spiegel am Tag 14 zum Basiswert zurück. Transplantation der IGF-I/FGF-2-Sphäroide in Knorpeldefekte verbesserte signifikant die Einzelkategorien der Chondrogenese: Defektfüllung, Integration, Matrixanfärbbarkeit mit Safranin-O, Zellmorphologie, Defektarchitektur, Oberflächenbeschaffenheit und Neuildung des subchondralen Knochens (P<0,05, n=7). Im Gesamtvergleich des Bewertungssystems führte der kombinierte IGF-I/FGF-2-Gentransfer zur besseren Defektreparatur (Inverse Skala: IGF-I/FGF-2: 16,0 Punkte; lacZ: 21,9 Punkte; P<0,001, n=7). Interessanterweise ergab die biochemische Analyse des Reparaturgewebes ein 2,1-fach höheren Proteoglykan-Gehalt in mit IGF-I/FGF-2 behandelten Defekten (6,3±2,4 µg Proteoglykane/mg Trockengewicht; lacZ-Späroide: 3,0±1,3 µg Proteoglykane/mg Trockengewicht; n=7, P=0,02).
Schlussfolgerung: Kombinierte Überexpression von IGF-I und FGF-2 in transplantierten Chondrozyten verbessert die Reparatur von osteochondralen Defekten in vivo. Weitere Studien müssen die Dauerhaftigkeit dieses Reparaturgewebes evaluieren.