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Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie, 75. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Unfallchirurgie, 97. Tagung der Deutschen Gesellschaft für Orthopädie und Orthopädische Chirurgie, 52. Tagung des Berufsverbandes der Fachärzte für Orthopädie und Unfallchirurgie

25. - 28.10.2011, Berlin

Stabilisierung des chondrozytären Phänotyps durch Überexpression von Chondromodulin-I

Meeting Abstract

  • K. Gelse - Universitätsklinik Erlangen, Unfallchirurgische Abteilung, Erlangen, Germany
  • P. Klinger - Universität Erlangen-Nürnberg, Orthopädisch-Rheumatologische Abteilung, Erlangen, Germany
  • C. Surmann-Schmitt - Universität Erlangen-Nürnberg, Institut für Experimentelle Medizin I, Erlangen, Germany
  • MarkK. von der - Universität Erlangen-Nürnberg, Institut für Experimentelle Medizin I, Erlangen, Germany
  • B. Swoboda - Universität Erlangen-Nürnberg, Orthopädisch-Rheumatologische Abteilung, Erlangen, Germany
  • F.F. Hennig - Universitätsklinik Erlangen, Unfallchirurgische Abteilung, Erlangen, Germany

Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie. 75. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Unfallchirurgie, 97. Tagung der Deutschen Gesellschaft für Orthopädie und Orthopädische Chirurgie, 52. Tagung des Berufsverbandes der Fachärzte für Orthopädie. Berlin, 25.-28.10.2011. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2011. DocGR18-286

DOI: 10.3205/11dkou509, URN: urn:nbn:de:0183-11dkou5096

Veröffentlicht: 18. Oktober 2011

© 2011 Gelse et al.
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Gliederung

Text

Fragestellung: Chondromodulin-I (Chm-I) ist ein anti-angiogen wirkendes Protein, dessen Gehalt im gesunden Gelenkknorpel deutlich höher ist als im Reparaturknorpel. Es wurde untersucht, ob eine Überexpression von Chm-I Einfluss auf die Induktion und Stabilisierung des chondrozytären Phänotyp von mesenchymalen Vorläuferzellen in vitro und in vivo ausübt.

Methodik: Zur Überexpression von Chm-I wurden „self-complementary Adeno-Associated-Virus“ (scAAV) Vektoren konstruiert, welche die cDNA von Chm-I auf mesenchymale Vorläuferzellen und Knorpelzellen übertragen. Die Bioaktivität des rekombinanten, sezernierten Chm-I wurde in Angiogenese Assays überprüft. Der Einfluss der Überexpression von Chm-I auf das Genexpressionsprofil wurde mittels cDNA-Arrays und mittels quantitativer RT-PCR analysiert. Um die Effekte auf Knorpelreparaturgewebe in vivo zu überprüfen, wurden die Vektoren in einer Fibrinmatrix in Knorpeldefekte im Kniegelenk von Miniaturschweinen appliziert. Die Defekte wurden zuvor mittels Mikrofrakturierung behandelt, um das Einwandern von mesenchymalen Vorläuferzellen aus dem Knochenmark zu ermöglichen. Alternativ erfolgte die Transplantation von zuvor kultivierten osteochondralen Vorläuferzellen, wobei die applizierten Zellen bereits ex vivo mit scAAVChm-I oder dem Kontrollvektor scAAVGFP infiziert wurden. Nach 6 und 26 Wochen wurde das Reparaturgewebe makroskopisch, histologisch und immunhistochemisch analysiert.

Ergebnisse und Schlussfolgerungen: ScAAVChm-I-infizierte Zellen sezernierten effizient Chm-I, welches deutlich anti-angiogene Effekte auf Endothelzellen im Angiogenese Assay ausübte. Genexpressionsanalysen in vitro identifizierten den Zellzyklus-Inhibitor p21cip1/waf1 als ein durch Chm-I-Gentransfer hochreguliertes Zielgen. In Knorpeldefekten stimulierte die direkte Applikation von scAAVChm-I Vektoren die chondrogene Differenzierung einwandernder mesenchymaler Stammzellen. Darüber hinaus hemmte Chm-I deren terminale chondrozytäre Differenzierung, sowie das Einsprossen von Gefäßen und enchondrale Ossifikationsprozesse in tieferen Gewebsschichten. Auch der indirekte ex vivo-Gentransfer von scAAVChm-I stimulierte die chondrogene Differenzierung von transplantierten osteochondralen Vorläuferzellen. Auch nach 26 Wochen behielten die modifizierten Zellen ihren chondrozytären Phänotyp bei und bildeten ein proteoglykanreiches Knorpelreparaturgewebe, das deutlich höherwertiger war, als nach Transplantation nicht-infizierter oder scAAVGFP-infizierter Zellen.

Die Ergebnisse dieser Studie deuten darauf hin, dass Chm-I den chondrozytären Differenzierungsstatus mesenchymaler Vorläuferzellen einerseits durch Unterstützung der Chondrogenese, und andererseits durch Hemmung der terminalen Differenzierung, stabilisiert. Da Gelenkknorpelzellen sich physiologischerweise durch einen postmitotischen Status auszeichnen, könnten die knorpelzellstabilisierenden Effekte von Chm-I auf Zellzyklus-hemmenden Mechanismen basieren, die über p21cip1/waf1 vermittelt werden.