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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

Wirkung funktionalisierter Polystyrol-Nanopartikel auf die Differenzierung von mesenchymalen Stammzellen

Meeting Abstract

  • A. Tautzenberger - Universität Ulm, Institut für Unfallchirurgische Forschung und Biomechanik, Ulm, Germany
  • S. Lorenz - Universität Ulm, Institut für Klinische Transfusionsmedizin und Immunogenetik, Ulm, Germany
  • A. Ziegler - Universität Ulm, Institut für Organische Chemie III, Ulm, Germany
  • L. Kreja - Universität Ulm, Institut für Unfallchirurgische Forschung und Biomechanik, Ulm, Germany
  • K. Landfester - Universität Ulm, Institut für Organische Chemie III, Ulm, Germany
  • A. Ignatius - Universität Ulm, Institut für Unfallchirurgische Forschung und Biomechanik, Ulm, 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. DocPO20-619

DOI: 10.3205/09dkou725, URN: urn:nbn:de:0183-09dkou7252

Veröffentlicht: 15. Oktober 2009

© 2009 Tautzenberger et al.
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Gliederung

Text

Fragestellung: Nanopartikel kommen u. a. bei der Zellmarkierung und als "drug delivery"-Systeme zum Einsatz. Bei der Verwendung von Nanopartikeln in Kombination mit humanen mesenchymalen Stammzellen (MSCs) in der regenerativen Medizin ist es von hoher Bedeutung, dass die Zelldifferenzierung nicht durch die Nanopartikel beeinträchtigt wird. Ziel der vorliegenden Studie war es, die Wirkung Phosphonatgruppen-funktionalisierter Polystyrol-Nanopartikel auf die osteogene, adipogene und chondrogene Differenzierungsfähigkeit von MSCs zu untersuchen.

Methodik: Mittels Miniemulsionspolymerisation wurden Nanopartikel (Ø = 200 nm) aus Polystyrol mit Vinylphosphonsäure als Comonomer (VPS) hergestellt. Die Markierung mit dem Fluoreszenzfarbstoff PMI (N-(2,6-Diisopropylphenyl)-perylen-3,4-dicarboximid) ermöglicht die Darstellung der Partikel im konfokalen Laser-Scanning-Mikroskop und im FACS ("fluorescence activated cell sorter").

Die MSC-Isolation aus Knochenmark (Spender 20 Jahre, weiblich) erfolgte mittels Dichtegradientenzentrifugation und Plastikadhärenz. 10 000 MSCs/cm2 wurden vier Tage lang in Dulbecco's modifiziertem Eagle Medium (+ 10% FCS) mit 75 µg/ml VPS kultiviert. Die osteogene bzw. adipogene Differenzierung erfolgte durch Medienzusätze von Tag 2 bis 23 [1]. In Pelletkulturen wurden je 400 000 MSCs 24 h mit VPS inkubiert und durch Medienzusätze von Tag 1 bis 36 chondrogen differenziert. Die mRNA-Expression osteogener (Bone Sialoprotein, Alkalische Phosphatase (AP), Osteopontin, Osteokalzin, Runx2), adipogener (Lipoproteinlipase, PPARγ) und chondrogener (Kollagen 2, Aggrecan, Sox9) Marker wurde mittels quantitativer RT-PCR analysiert. Mineralisierung (von Kossa-Färbung), AP-Aktivität (histochemischer Nachweis) und Fett- bzw. Proteoglykangehalt (Ölrot- bzw. Alzianblaufärbung) wurden qualitativ untersucht.

Ergebnisse und Schlussfolgerungen: Die Nanopartikel konnten intrazellulär nachgewiesen werden. Dabei blieb die Zellviabilität der MSCs überwiegend unverändert. Qualitativ waren bei den verschiedenen Färbungen der mit und ohne Partikel differenzierten MSCs keine Unterschiede zu erkennen. Ebenso wurden osteogene, adipogene und chondrogene Zielgene in vergleichbarer Menge wie bei den ohne Partikel differenzierten Zellen exprimiert.

Die Ergebnisse zeigen, dass die funktionalisierten Nanopartikel keinen signifikanten Einfluss auf die Differenzierungsfähigkeit der MSCs haben. Nach früheren Analysen der MSC-Differenzierung in Anwesenheit von verschiedenen Nanopartikeln (Shah BS, et al. Nano Lett. 2007;7:3071.; Liu HM, et al. Small. 2008;4:619.) bestätigt die vorliegende Studie, dass sich die verwendeten Phosphonatgruppen-funktionalisierten Nanopartikel in Kombination mit MSCs für den Einsatz in der regenerativen Medizin eignen.


Literatur

1.
Pittenger MF, et al. Mesenchymal stem cells. In: Koller MR, et al, editors. Human Cell Culture, Volume 5. Kluver Academic Publishers; 2001. p. 189.