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Fragestellung: Beim Knorpel-Tissue engineering werden der Einsatz von mesenchymalen Stammzellen (MSC) und Chondrozyten mit dem Resultat unterschiedlicher Phänotype erprobt. Unsere Untersuchungen widmeten sich drei grundsätzlichen Fragen: die Analyse der Unterschiede im Expressionsmuster und die Fragen, ob sich beide Zelltypen substituieren lassen könnten und ob es eine Beeinflussung beider Zelltypen in der Kokultur gibt.

Methodik: MSCs (5xw, 45 Jahre) und Arthrose-Chondrozyten (5xw, 74 Jahre) wurden als Pellets kultiviert. Nach 0, 3, 7 und 14 Tagen erfolgte die globale Genexpressionsanalyse.

MSCs (4xw, 44 Jahre) und Arthrose-Chondrozyten (2xm und 2xw, 51,5 Jahre) wurden als Pellets unter den gleichen Bedingungen wie bereits beschrieben in den Verhältnissen 1:1 und 1:9 kokultiviert und die quantitative Expression von Sox9, Runx2, Kollagen I, II, X, Aggrecan und GAPDH an den Tagen 2,7,14 und 21 mittels RT-qPCR gemessen. Statistik: ANOVA-Test; p-Werte von <0,05 wurden als statistisch signifikanter Unterschied gewertet.

Ergebnisse und Schlussfolgerungen: Der höchste Grad an Expressionsgleichheit zwischen MSCs und Chondrozyten besteht am Tag 0 (95% Pearson-Korrelation). Während der Kultivierung differenzieren beide Zelltypen, was sich als zunehmende Ungleiche zeigt (nach 14 Tagen: 92% Pearson-Korrelation). Gene mit gleicher Regulation umfassen Mitglieder der wnt-Familie, Zell Adhäsions- und Kommunikationsmoleküle und EZM-Gene.

95 Gene zeigten ein unterschiedliches Expressionsverhalten, welche in 21 Kategorien unterteilt wurden. Hierbei zeigte sich ein Überwiegen der Gene des Lipid- und Cholesterolstoffwechsels.

In der Kokultur beider Zelltypen war der Kollagen II/I-Quotient zu keinem Zeitpunkt signifikant unterschiedlich. Das Expressionsverhalten von Sox9 (Chondrozyten ↑, MSC ↓) und Kollagen X (Chondrozyten ↑, MSC ↓) unterschied sich signifikant, bei Aggrecan (Chondrozyten ↑ MSC ↓) und Runx2 (Chondrozyten ↓, MSC ↑) konnten mit p-Werten von 0,063 bzw. 0,064 nur Trends, jedoch keine Unterschiede gezeigt werden.

Es lässt sich somit zeigen:

• In der Differenzierungskinetik verhalten sich beide Zelltypen unter chondrogenen Bedingungen sehr ähnlich – insbesondere auch in den Bereichen der EZM und Zelladhäsionsmoleküle.
• Die Kokultur von Chondrozyten und MSCs lässt die typischen quantitativen Unterschiede beider Zelltypen in Bezug auf eine reduzierte Chondrogenität der MSCs offen zutage treten.
• Die Ergebnisse unserer Untersuchungen lassen keine zusätzlichen chondrogenen Effekte einer Kokultur von Chondrozyten und MSCs erkennen.