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Fragestellung: Diese Arbeit untersuchte das langfristige Differenzierungsverhalten von Periostzellen, die mittels Bone Morphogenetic Protein-2 (BMP-2) Gentransfer stimuliert wurden. Es ging insbesondere um die Fragestellung, ob auch bei großflächigen Knorpelläsionen langfristig ein mechanisch belastbares Reparaturknorpelgewebe generiert werden kann.

Methodik: Periostzellen von Minipigs wurden ex vivo mit einer Kombination aus adeno-assoziierten und adenoviralen Vektoren, welche die BMP-2 cDNA übertragen (AAV/AdBMP-2), stimuliert. Anschließend wurden in Minipigs diese Zellen, gebunden in einer bioresorbierbaren PGA-Matrix, auf großflächige chondrale Läsionen appliziert, welche die gesamte mediale Hälfte der Patellagelenkfläche umfassten. Das generierte Reparaturgewebe wurde 6 und 26 Wochen nach Transplantation mit histochemischen und immunhistochemischen Methoden analysiert. Darüber hinaus wurden die biomechanischen Eigenschaften des Reparaturgewebes mittels Nanoindentationsmessungen charakterisiert. Transplantate von unstimulierten Periostzellen und unbehandelte Läsionen dienten als Kontrollen.

Ergebnisse: Alle Transplantate integrierten lückenlos mit dem vorbestehenden Restknorpel. Sechs Wochen nach Transplantation nahmen AAV/AdBMP-2-stimulierte Periostzellen in allen Gewebsschichten einen knorpelzell-ähnlichen Phänotyp an und bildeten eine proteoglykanreiche und Typ II Kollagen-positive Matrix. Die mechanische Kontaktsteifigkeit des Reparaturgewebes war im Vergleich zu gesundem hyalinen Gelenkknorpel nur um ein Drittel vermindert. Unstimulierte Periostzellen bildeten lediglich Faserknorpel, der sich um eine zehnfach reduzierte Kontaktsteifigkeit auszeichnete. Nach einem halben Jahr dedifferenzierten jedoch in oberflächlichen Gewebsschichten die AAV/AdBMP-2-stimulierten Zellen zu fibroblastenähnlichen Zellen, was mit einem Wechsel von Typ II auf Typ I Kollagenfasern in der umgebenden Matrix einherging. Der Verlust des hyalinen Charakters der oberflächlichen Schichten spiegelte sich auch in einer erheblich verminderten Kontaktsteifigkeit wider. In den tieferen Schichten des Reparaturgewebes behielten die Zellen interessanterweise ihren initial erworbenen chondrozytären Phänotyp bei und waren weiterhin von einer Typ II Kollagen-positiven Matrix umgeben.

Schlussfolgerungen: AAV/AdBMP-2-stimulierte Periostzellen sind in der Lage zumindest transient die Oberfläche von großflächigen Knorpelläsionen mit hyalin-ähnlichem Reparaturgewebe wiederherzustellen. Es scheint jedoch, dass die langfristige Stabilisierung des chondrozytären Phänotyps der Zellen von weiteren physikalisch-biochemische Faktoren abhängt, die präferenziell in hypoxischen tieferen Schichten des Gewebes vorherrschen.