gms | German Medical Science

Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie
73. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Unfallchirurgie
95. Tagung der Deutschen Gesellschaft für Orthopädie und Orthopädische Chirurgie
50. Tagung des Berufsverbandes der Fachärzte für Orthopädie und Unfallchirurgie

21. - 24.10.2009, Berlin

Verbesserte chondrogene Differenzierung von mesenchymalen Stammzellen in einer neuen Kollagen-Chondroitinsulfat-Matrix

Meeting Abstract

  • M. Hoberg - Klinikum Rechts der Isar, Klinik u. Poliklinik für Orthopädie u. Sportorthopädie, München, Germany
  • T. Hepperle - Universität Tübingen, Klinik für Orthopädie, Tübingen, Germany
  • T. Ertmer - Universität Tübingen, Klinik für Orthopädie, Tübingen, Germany
  • W. K. Aicher - Orthopädische Klinik und Poliklinik der Universität Tübingen, Zellbiologisches Forschungslabor Orthopädie, Tübingen, Germany
  • M. Rudert - TU München, Klinikum rechts der Isar, Klinik für Orthopädie und Unfallchirurgie, München, Germany

Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie. 73. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Unfallchirurgie, 95. Tagung der Deutschen Gesellschaft für Orthopädie und Orthopädische Chirurgie, 50. Tagung des Berufsverbandes der Fachärzte für Orthopädie. Berlin, 21.-24.10.2009. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2009. DocPO10-561

DOI: 10.3205/09dkou597, URN: urn:nbn:de:0183-09dkou5979

Veröffentlicht: 15. Oktober 2009

© 2009 Hoberg et al.
Dieser Artikel ist ein Open Access-Artikel und steht unter den Creative Commons Lizenzbedingungen (http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/deed.de). Er darf vervielfältigt, verbreitet und öffentlich zugänglich gemacht werden, vorausgesetzt dass Autor und Quelle genannt werden.


Gliederung

Text

Fragestellung: Die chondrogene Differentierung von adulten mesenchymalen Stammzellen (MSCs) stellt eine vielversprechende Methode zum Tissue Engineering und zur Reparatur von Knorpel dar. Das Potential zur Differentierung von MSCs in Chondrozyten konnte in vielen matrixfreien und matrixassoziierten Untersuchungen nachgewiesen werden. Ein Standardsystem hierfür sind Alginat-Kugeln, die zwar eine sehr hohe Zelldichte ermöglichen, sich aber nicht zu einem Verbund zusammenfügen lassen und daher für Knorpelregeneration artikulierender Gelenke nicht zum Einsatz kommen. Die chondrogen differentierten Zellen im Alginat neigen zudem zur Hypertrophie, da sie Kollagen X, Alkalische Phosphatase und MMP-13 exprimieren. Ziel unserer Untersuchungen war die Analyse der zellulären Antwort von MSCs, die auf einer neuen Kollagen-Chondroitinsulfat-Matrix chondrogen differenziert wurden.

Methodik: Adulte mesenchymale Stammzellen wurden aus dem Knochenmark von Spendern, die eine Hüftendoprothese erhielten, gewonnen. Die Zellen wurden in einer Monolayer-Kultur, auf Alginat-Kugeln und auf einer Kollagen-Chondroitinsulfat-Matrix ausgesät und mittels Differenzierungsmedium (Dexamethason, Ascorbinsäure, TGFβ) chondrogen bei einer Gesamtkulturdauer von 21 Tagen differenziert. Anschließend wurde die Expression von Kollagen-I, -II und -X, Interleukin (IL) -1β, IL-6, MMP-1, -3 und -13 mittels quantitativer RT-PCR bestimmt. Histologische Analysen der Konstrukte erfolgte nach deren Reinigung in vivo über 4 Wochen s.c. in immundefizienten SCID-Mäusen.

Ergebnisse und Schlussfolgerungen: Humane mesenchymale Stammzellen können in der neuen Kollagen-Chondroitinsulfat-Matrix chondrogen differenziert werden. Im Vergleich zu Alginat-Kugeln konnte eine zweifach erhöhte Kollagen-II-Expression bei gleicher Expression von Kollagen I, MMP-1, MMP-3 und IL-1β nachgewiesen werden. Eine Expression von Kollagen-X, MMP-13 oder Alkalischer Phosphatase wurde in den Zellen in der neuen Matrix nicht nachgewiesen, jedoch in der Alginat-Kultur. Im Vergleich zur Monolayer-Kultur war die Kollagen-II-Expression 100.000-fach erhöht, es fand sich kein Unterschied in der Expression von Kollagen I, MMP-1, MMP-3 und IL-1β.

Die neue Kollagen-Chondroitinsulfat-Matrix ermöglicht eine chondrogene Differenzierung von MSCs mit erhöhter Expression von Kollagen-II und sehr geringer Expression von Hypertrophiemarkern im Vergleich zu Alginat oder Monolayer-Kultur. Diese Ergebnisse sind eine vielversprechende Grundlage für eine verbesserte Zelldifferenzierung im Rahmen des Tissue Engineering von Knorpel. Der klinische Einsatz dieser Konstrukte erscheint ebenfalls möglich, da die neue Kollagen-Chondroitinsulfat-Matrix mechanisch sehr stabil ist und im Rahmen der autologen Chondrozytentransplantation bereits klinisch eingesetzt wird.