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Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie
74. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Unfallchirurgie
96. Tagung der Deutschen Gesellschaft für Orthopädie und Orthopädische Chirurgie
51. Tagung des Berufsverbandes der Fachärzte für Orthopädie und Unfallchirurgie

26. - 29.10.2010, Berlin

Überexpression von humanem IGF-I via rAAV stimuliert die Proliferation und Synthese von Proteoglykanen und Typ-II-Kollagen in humanen normalen und arthrotischen Chondrozyten in vitro

Meeting Abstract

  • M. Ekici - Universität des Saarlandes, Klinik für Orthopädie und Orthopädische Chirurgie, Institut für Experimentelle Orthopädie, Homburg/Saar, Germany
  • S. Heiligenstein - Universität des Saarlandes, Klinik für Orthopädie und Orthopädische Chirurgie, Institut für Experimentelle Orthopädie, Homburg/Saar, Germany
  • D.-M. Kohn - Universitätsklinikum des Saarlandes, Klinik für Orthopädie und Orthopädische Chirurgie, Homburg, Germany
  • H. Madry - Universität des Saarlandes, Klinik für Orthopädie und Orthopädische Chirurgie, Institut für Experimentelle Orthopädie, Homburg/Saar, Germany
  • M. Cucchiarini - Universität des Saarlandes, Klinik für Orthopädie und Orthopädische Chirurgie, Institut für Experimentelle Orthopädie, Homburg/Saar, Germany

Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie. 74. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Unfallchirurgie, 96. Tagung der Deutschen Gesellschaft für Orthopädie und Orthopädische Chirurgie, 51. Tagung des Berufsverbandes der Fachärzte für Orthopädie. Berlin, 26.-29.10.2010. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2010. DocEF13-1284

DOI: 10.3205/10dkou025, URN: urn:nbn:de:0183-10dkou0255

Veröffentlicht: 21. Oktober 2010

© 2010 Ekici et al.
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Gliederung

Text

Fragestellung: Gentransfer therapeutischer Faktoren verbessert die Reparatur von Gelenkknorpeldefekten im Tiermodell. Ex-vivo-Gentransfer von insulinartigem Wachstumsfaktor I (IGF-I) mittels transfizierter und transplantierter Chondrozyten stimuliert die Knorpelreparatur in vivo. Obwohl rAAV-Vektoren einen direkten und effizienten Gentransfer in Chondrozyten und Knorpel erlauben, existierte bislang kein potenter rAAV-hIGF-I-Vektor. Wir testeten die Hypothese, daß nach Konstruktion eines rAAV-hIGF-I-Vektors die Überexpression von IGF-I die proliferativen und metabolischen Eigenschaften der Chondrozyten stimuliert.

Methodik: Eine humane IGF-I cDNS wurde in rAAV kloniert (rAAV-hIGF-I). Primäre humane normale und arthrotische Chondrozyten wurden durch rAAV transduziert, in Alginatsphäroide verkapselt und anschließend wurden die Transgenexpression (IGF-I-ELISA) und die Zellviabilität analysiert. Der DNS-, Proteoglykan- und Typ-II-Kollagengehalt wurde mittels Hoechst 33258, DMMB und ELISA bestimmt, histologische Analysen wurden an Hematoxylin-Eosin gefärbten Paraffinschnitten der Alginatsphäroide 26 Tage nach Transduktion durchgeführt.

Ergebnisse und Schlussfolgerungen: Eine effiziente IGF-I-Überexpression über einen Zeitraum von mindestens 26 Tagen resultierte nach rAAV-hIGF-I-Gentransfer in verkapselten humanen normalen und arthrotischen Chondrozyten. Überexpression von hIGF-I durch rAAV in Sphäroiden mit normalen und arthrotischen Chondrozyten führte zu einer signifikanten, bis zu 1,2-fach gesteigerten Zunahme vitaler Zellen im Verlauf der Studie, wohingegen die Anzahl vitaler Zellen signifikant um das 4,3-fache in den Kontrollsphäroiden im Vergleich zu IGF-Sphäroiden abnahm. Die Viabilität beider Typen von IGF-Sphäroiden lag mit 98–100% nach 26 Tagen etwa 40% über der beider Typen von Kontrollsphäroiden (initial 90–100%). Die durch IGF-I erhöhte Zellviabilität und Zellteilungsrate wurde durch Analysen der Zelldichte auf histologischen Schnitten von Sphäroiden sowie durch Bestimmung des DNS-Gehalts (bis zu 27-facher Anstieg; P≤0,001) bestätigt (z.B.: DNS-Gehalt arthrotische Zellen: 2,73±0,11 μg/104 lebende Zellen versus Kontrollzellen: 0,10±0,01 μg/104 lebende Zellen). Der Proteoglykangehalt war in den rAAV-hIGF-I-transduzierten Sphäroiden um das bis zu 3,6-fache, der Typ-II-Kollagengehalt um das bis zu 6,8-fache gegenüber den Kontrollen erhöht. In den Kontrollen nahmen diese Parameter im Laufe der Studie ab.

Die Daten zeigen, daß es möglich ist, einen funktionellen rAAV-hIGF-I-Vektor zu klonieren. Die Daten zeigen weiterhin, daß eine rAAV-vermittelte Überexpression von IGF-I signifikant die Zellproliferation von humanen normalen und arthrotischen Chondrozyten stimuliert. Die IGF-I-Überexpression steigert ebenfalls simultan die Synthese der beiden wichtigen Matrixbestandteile Proteoglykan und Typ-II-Kollagen. Weitergehende Studien müssen den therapeutischen Nutzen von rAAV-hIGF-I für die Knorpelreparatur in vivo evaluieren.