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Fragestellung: Während die Effekte von BMP-7 (OP-1) auf Chondrozyten gut dokumentiert sind, kann durch den Einsatz von Mikrosphären eine kontrollierte Freisetzung des Wachstumsfaktors erzielt werden. Ziel der Untersuchung ist es, die Effekte von BMP-7, das aus Mikrosphären kontrolliert freigesetzt wird, auf humane Chondrozyten sowohl in-vitro als auch in-vivo zu untersuchen.

Methodik: Humane Chondrozyten wurden aus arthrotischen Kniegelenken gewonnen und in definierter Zellzahl (2 x 10^5 Zellen / ml) in eine 3D Matrix (Kollagen Typ-I Gel) eingebracht. In diese Matrix wurden zusätzlich mit BMP-7 beladene Mikrosphären (hergestellt aus PLGA) in definierter Menge eingebracht, so dass im Gewebe eine Konzentration von 50 ng/ml erreicht wurde. Als Kontrollgruppe wurden Zell-Matrix-Konstrukte ohne Mikrosphären mitgeführt. Die Zell-Matrix-Konstrukte wurden in einem ersten Versuch über einen Zeitraum von 6 Wochen in-vitro unter standardisierten Bedingungen kultiviert (N = 10). In einem zweiten Versuch wurden die Konstrukte subkutan im Bereich des Rückens von Nacktmäusen (N=10) implantiert und über einen Zeitraum von 6 Wochen belassen, bevor die Proben entnommen wurden. Anschließend wurden in beiden Versuchen als Bestimmungsmethoden durchgeführt:

1.

konventionelle Histologie (HE- und Safranin O-Färbungen);

2.

Immunhistochemie (Nachweis von Kollagen Typ II, Ki-67 als Proliferations Assay);

3.

quantitative PCR (Bestimmung der Aggrecan und Col-II Expression).

Durch rechnergestützte Auswertung konnte eine Quantifizierung der histologischen Ergebnisse vorgenommen werden.

Ergebnisse und Schlussfolgerungen: Makroskopisch konnten in beiden Versuchen keine Unterschiede zwischen der Kontroll- und der verum Gruppe beobachtet werden. Mikroskopisch zeigte sich in beiden Versuchen ein vermehrtes Anfärben für Col-II und Proteoglycane jeweils in der verum Gruppe, wobei die Unterschiede bei dem in-vitro Versuch stärker ausfielen. Bei der quantitativen Auswertung des ersten Versuches fanden sich für Col-II und Proteoglycane jeweils signifikante Unterschiede (p=0,009 bzw. p=0,022). Diese Unterschiede waren bei der Auswertung des 2. Versuches nicht signifikant. Bei der Quantifizierung der Genexpression fanden sich in der Verum Gruppe jeweils höhere Werte für Col-II und Aggrecan, die jedoch das Signifikanzniveau von p<0,05 nicht erreichten.

Zusammenfassend zeigten unsere Ergebnisse eine gesteigerte Produktion von knorpelspezifischen Komponenten durch die kontrollierte Freisetzung von BMP-7 aus PLGA-Mikrosphären. Die Unterschiede in-vivo fielen insgesamt geringer aus als die in-vitro, wobei jedoch die absoluten Werte sowohl in der verum- als auch in der Kontrollgruppe in-vivo höher ausfielen. Dies weist grundsätzlich auf günstigere Bedingungen in-vivo für die Chondrozyten-Kultivierung hin.