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Fragestellung: Humane mesenchymale Stammzellen stellen eine für das Tissue Engineering von Knochen viel versprechende Zellpopulation dar. Bisher im Rahmen des Tissue Engineering jedoch noch keine optimalen Protokolle zur Vorkonditionierung der Zellen in vitro vor Transplantation etabliert werden. Orientiert am physiologischen Vorbild der enchondralen Ossifikation war das Ziel der vorliegenden Arbeit die Evaluation eines sequentiellen chondro-osteogenen Differenzierungsprotokolles zur Verbesserung des osteogenen Potenzials.

Methodik: Nach Isolation von Knochenmarkaspiraten (n=4) und in vitro Expansion wurden die MSC in high-density Pellet-Kulturen verbracht und für 28 Tage nach unterschiedlichen Differenzierungsprotokollen behandelt. Die Zellen wurden für einen (Gruppe A), 14 (Gruppe B) bzw. 28 Tage (Gruppe C) chondrogen und im Anschluss 27 (Gruppe A) bzw. 14 Tage (Gruppe B) osteogen differenziert. Alle Gruppen wurden histologisch mittels Hemalaun Eosin-, Von Kossa- sowie Safranin-Färbungen untersucht. Die Quantitative Auswertung der Expression chondrogener sowie osteogener Markergene (Col2, Col10, COMP, Col1, BMP 2, Alkalische Phosphatase, Osteocalcin) erfolgte mittels real-time PCR. Zur Evaluation der phänotypischen Stabilität der gewonnen osteogenen Matrixkonstrukte in Abwesenheit weiterer osteogener Stimuli wurden erste in vivo Untersuchungen in einem modifizierten Chorioallantois-Membran - (CAM) Modell des bebrüteten Hühnereis durchgeführt. Zellpellets der Gruppe B wurden nach sequentieller chondro-osteogener Differenzierung in vitro ohne Zugabe weiterer osteogener Medien auf die CAM transplantiert und nach 8 Tagen histologisch sowie molekularbiologisch untersucht.

Ergebnisse und Schlussfolgerungen: In den histologischen Ergebnissen zeigten sich die Pellets der Gruppe B bezüglich der Synthese osteogener Matrix den Gruppen A und C überlegen. Die quantitative Evaluation der Expression osteogener sowie chondrogener Markergene zeigten eine signifikant höhere Expression osteogener Marker in Gruppe B (p <0.05). Eine Matrixcalcifizierung der zuvor in vitro chondro-osteogen vordifferenzierten Zellpellets konnte in vivo bei ausgelassenem persistierenden osteogenen Stimulus als Zeichen eines dann stabilen Phänotypes demonstriert werden. Somit konnte in der vorliegenden Arbeit ein matrixfreies dreidimensionales Zellkonstrukt mit osteogener Potenz erzeugt werden, das als Tissue Engineering Applikation zur Behandlung von Knochendefekten genutzt werden könnte. Eine weitere Evaluation dieses Ansatzes erscheint vielversprechend.