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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

2D- und 3D-Sehnenzellkultur versus Sehne: Expressionsanalysen extrazellulärer Sehnenmatrixproteine im Hinblick auf den zellbasierten Sehnenersatz

Meeting Abstract

  • C. Stoll - Charité-Universitätsmedizin Berlin, Campus Benjamin Franklin, Klinik für Unfall- und Wiederherstellungschirurgie, Berlin, Germany
  • T. John - Charité-Universitätsmedizin Berlin, Campus Benjamin Franklin, Klinik für Unfall- und Wiederherstellungschirurgie, Berlin, Germany
  • C. Rosen - Charité-Universitätsmedizin Berlin, Campus Benjamin Franklin, Klinik für Unfall- und Wiederherstellungschirurgie, Berlin, Germany
  • M. Endres - TransTissue Technologies GmbH, Berlin, Germany
  • C. Kaps - TransTissue Technologies GmbH, Berlin, Germany
  • G. Schulze-Tanzil - Charité-Universitätsmedizin Berlin, Campus Benjamin Franklin, Klinik für Unfall- und Wiederherstellungschirurgie, Berlin, 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. DocPO18-1258

DOI: 10.3205/09dkou697, URN: urn:nbn:de:0183-09dkou6974

Veröffentlicht: 15. Oktober 2009

© 2009 Stoll et al.
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Gliederung

Text

Fragestellung: Ein vielversprechender Ansatz zur Regeneration von Sehnendefekten ist die Transplantation autologer Sehnenzellen. Es ist bekannt, dass Sehnenzellen bei in vitro Expansion in zweidimensionaler (2D) Monolayer-Kultur dedifferenzieren und keine funktionell belastbare Sehnenmatrix mehr bilden. Zell-Zell- und Zell-Matrix-Interaktionen innerhalb des Gewebes oder in der dreidimensionalen (3D) Sehnenzellkultur könnten dieser Dedifferenzierung entgegenwirken.

Ziel dieser Studie war die Langzeit-Charakterisierung der extrazellulären Matrixexpression in 2D- und 3D-Kultursystemen im direkten Vergleich zum Sehnengewebe. Es sollte überprüft werden, ob das Expressionsprofil der Sehnenzellen in der angewandten 3D-Kultur dem natürlichen Expressionsprofil der Sehne gleicht und folglich als Modellsystem für Transplantationen in partielle Defekte geeignet sein könnte.

Methodik: Humane Sehnenzellen, isoliert aus Hamstringsehnen, wurden über 6–8 Passagen expandiert. Diese wurden zur Herstellung der 3D-Kulturen als Zellpellet auf einem semipermeablen Membranfilter (Porendurchmesser 0,2 µm) platziert und auf einer Metallbrücke als "Air-Liquid"-Kultur kultiviert. An den Tagen 0 (entspricht der Monolayerkultur in Passage 6–8), 14 und 28 der 3D-Kultur, sowie von nativer Sehne wurden RTD-PCR- Analysen relativ zum HPRT-Referenzgen durchgeführt. Die histologische Begutachtung erfolgte mittels Hämatoxylin-Eosin- und Immunfluoreszenz-Färbung.

Ergebnisse und Schlussfolgerungen: Die relative Genexpression von Kollagen Typ I wies in allen in vitro Kulturen im Vergleich zum nativen Gewebe einen Anstieg auf. Kollagen Typ III zeigte in den 3D-Kulturen eine vermehrte relative mRNA-Konzentration zum Referenzgen. Die Genexpression der Sehnen-Matrixproteine Decorin, Elastin und COMP war jeweils in der 2D-Kultur reduziert, während sie sich in den 3D-Kulturen wieder auf Sehnenniveau erhöhte.

Scleraxis, ein Sehnendifferenzierungsmarker, wies in kultivierten Sehnenzellen eine signifikante Reduktion der Expression im Vergleich zur nativen Sehne auf, zeigte aber in der 3D-Kultur gegenüber der Monolayerkultur eine leichte Expressions-Erhöhung. Sox9, ein chondrogener Transkriptionsfaktor, blieb in seiner Genexpression unverändert, was eine chondrogene Transdifferenzierung ausschliessen lässt.

Nach 28 Tagen stieg in den 3D-Kulturen die Relation zwischen Matrix zu Zelle als Annäherung an in vivo Verhältnisse an. Die Zellkerne zeigten im Gegensatz zu einer ovalen Morphologie in der Monolayerkultur zunehmend ein spindelförmig-langgestrecktes Erscheinungsbild.

Diese Ergebnisse lassen vermuten, dass das gewählte 3D-Kultursystem zu einer möglichen, Annäherung des Expressionsprofils kultivierter Sehnenzellen an in vivo Bedingungen führt.

Dies konnte in dieser Studie im Hinblick auf die Angleichung der Genexpression extrazellulärer Matrixproteine wie Decorin, Elastin und COMP an die Expression im natürlichen Gewebe sowie zusätzlich histomorphologische Hinweise nachgewiesen werden.