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Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2012)

23.10. - 26.10.2012, Berlin

Entwicklung einer intraoperativen, stammzellbasierten Therapiemethode zur Behandlung fokaler Gelenkknorpeldefekte im Schafsmodell

Meeting Abstract

  • presenting/speaker Matthias Zscharnack - Universität Leipzig, BBZ, Prof. für Stammzellbiologie, Translationszentrum für Regenerative Medizin, Leipzig, Germany
  • Ronny Schulz - Universität Leipzig, Translationszentrum für Regenerative Medizin, Leipzig, Germany
  • Augustinus Bader - Universität Leipzig, BBZ, Prof. für Stammzellbiologie, Leipzig, Germany
  • Christoph Josten - Universitätsklinikum Leipzig, Unfall-, Wiederherstellungs- und Plastische Chirurgie, Leipzig, Germany
  • Bastian Marquass - Universitätsklinikum Leipzig, Unfall-, Wiederherstellungs- und Plastische Chirurgie, Leipzig, Germany

Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2012). Berlin, 23.-26.10.2012. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2012. DocGR19-1091

DOI: 10.3205/12dkou491, URN: urn:nbn:de:0183-12dkou4913

Veröffentlicht: 2. Oktober 2012

© 2012 Zscharnack et al.
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Gliederung

Text

Fragestellung: Die Entwicklung bzw. Anwendung einer stammzellbasierten, intraoperativen Therapie zur Reparatur von Knorpeldefekten hätte immense Vorteile und eine Chance, den Weg in die klinische Anwendung zu finden. Durch den einzeitigen Eingriff und die Vermeidung jeglicher in-vitro-Kultivierung könnten sowohl die Herstellungskosten und der Aufwand gegenüber gegenwärtig etablierten autologen Knorpelzelltransplantationen erheblich reduziert, als auch der Patient geschont werden. Zudem würde die Gefahr einer möglichen genetischen bzw. zellulären Veränderung sowie Kontamination der Zellen während der in-vitro-Kultur umgangen werden.

Das Projekt verfolgt die Idee mesenchymale, CD271+/CD45-Stammzellen (CD271-MSCs) aus dem Knochenmark innerhalb kurzer Zeit zu isolieren bzw. anzureichern, anschließend sofort in eine klinisch angewandte Kollagenmatrix zu überführen und das Zell-Matrix-Gemisch ohne in-vitro-Kultivierung sofort im Knorpeldefekt zu applizieren.

Als Voraussetzung dafür wurde zunächst untersucht, ob die sortierten CD271-MSCs in der Lage sind, ohne vorangehende Monolayer-Expansionsphase im 3D-Kollagengel zu proliferieren und chondrogen zu differenzieren.

Methodik: CD271-MSCs aus dem Knochenmarksaspirat von Merinoschafen wurde mittels verschiedener Methoden angereichert bzw. sortiert (Magnetic Activated Cell Sorting [MACS], Fluorescence Activated Cell Sorting [FACS]).

Anschließend wurden die sortierten bzw. angereicherten Zellen sofort ohne vorherige Monolayer-Expansion in ein klinisch angewandtes Kollagen-I-Gel (Arthro Kinetics) zur dreidimensionalen Kultivierung überführt, um die Vitalität, Proliferation und nachfolgende chondrogene Differenzierbarkeit nach den jeweiligen Isolationsmethoden in vitro zu untersuchen.

Ergebnisse und Schlussfolgerungen: CD271-MSCs konnten mit entsprechend monoklonal für ovine Zellen verfügbaren Antikörpern gegen CD271 sowie CD45 (zur Abtrennung CD271+/CD45+ doppelt positiver Zellen) angereichert bzw. sortiert werden. Die Ausbeute der CD271-MSCs lag bei 79±21/ml Knochenmarksblut. Es konnte dabei gezeigt werden, dass die CD271-MSCs eine höhere Proliferationsrate gegenüber MSCs aus Plastikadhärenz aufwiesen. Die hohe Proliferationsrate trug zur Kompensation der geringen Ausgangszellzahl bei. Es konnte gezeigt werden, dass die Zellen ohne vorherige 2D-Expansion innerhalb der 3D-Kollagengel-Matrix zu einem zelldichten Gewebe proliferieren, eine hohe Vitalität aufweisen und sich anschließend durch Zugabe von chondrogenem Medium mit TGF-beta3 chondrogen differenzieren lassen.

Damit ist in vitro gezeigt worden, dass es unter Verwendung von isolierten CD271-MSCs möglich ist, ein Knorpelersatzgewebe mit ausreichender Zelldichte ohne vorangehende Monolayer-Expansion zu generieren.

Im nächsten Schritt soll im Großtiermodell Schaf in vivo untersucht werden, ob eine Ein-Schritt-Methode ohne jegliche Kultivierung der angereicherten Stammzellen eine wirksame Therapie zur Reparatur von Knorpeldefekten darstellen kann.