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Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2012)

23.10. - 26.10.2012, Berlin

Direkter Gentransfer zur Knorpelregeneration mit Knochenmarkkoageln – BMP-2 als chondrogener Induktor mit Tendenz zur Osteophytenbildung im Kaninchenmodel

Meeting Abstract

  • presenting/speaker Jakob Sieker - Orthopädische Klinik, König-Ludwig-Haus, Orthopädisches Zentrum für Muskuloskelettale Forschung, Lehrstuhl für Orthopädie der Universität Würzburg, Würzburg, Germany
  • Manuela Kunz - Orthopädische Klinik, König-Ludwig-Haus, Orthopädisches Zentrum für Muskuloskelettale Forschung, Lehrstuhl für Orthopädie der Universität Würzburg, Würzburg, Germany
  • Manuel Weissenberger - Orthopädische Klinik, König-Ludwig-Haus, Orthopädisches Zentrum für Muskuloskelettale Forschung, Lehrstuhl für Orthopädie der Universität Würzburg, Würzburg, Germany
  • Fabian Gilbert - Orthopädische Klinik, König-Ludwig-Haus, Orthopädisches Zentrum für Muskuloskelettale Forschung, Lehrstuhl für Orthopädie der Universität Würzburg, Würzburg, Germany
  • Sönke P. Frey - Universität Würzburg, Klinik für Unfall-, Hand- und Wiederherstellungschirurgie, Würzburg, Germany
  • Ulrich Nöth - Orthopädische Klinik, König-Ludwig-Haus, Orthop. Zentrum für Muskuloskelettale Forschung, Lehrstuhl für Orthopädie der Universität Würzburg, Würzburg, Germany
  • Maximilian Rudert - Orthopädische Klinik, König-Ludwig-Haus, Orthopädisches Zentrum für Muskuloskelettale Forschung, Lehrstuhl für Orthopädie der Universität Würzburg, Würzburg, Germany
  • Andre Steinert - Orthopädische Klinik, König-Ludwig-Haus, Orthopädisches Zentrum für Muskuloskelettale Forschung, Lehrstuhl für Orthopädie der Universität Würzburg, Würzburg, Germany

Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2012). Berlin, 23.-26.10.2012. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2012. DocGR20-1036

DOI: 10.3205/12dkou498, URN: urn:nbn:de:0183-12dkou4984

Veröffentlicht: 2. Oktober 2012

© 2012 Sieker et al.
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Gliederung

Text

Fragestellung: Die Entstehung von Faserknorpel stellt ein bisher nicht gelöstes Problem bei der Knorpelregeneration in vivo dar. Die Verwendung von mesenchymalen Stammzellen (MSZ; z.B. aus dem Knochenmark) und Methoden des Gentransfers sind effektive Instrumente, um chondrogene Zellen und Faktoren an den Ort des Knorpelschadens zu bringen. Ziel dieser in vivo Studie war es daher, die Verwendung von gentherapeutisch-aktivierten Knochenmarkkoageln für die Knorpelregeneration am Kaninchenmodel zu testen, wobei adenovirale Vektoren für Bone Morphogenetic Protein 2 (BMP-2) als chondrogener Induktor dienten.

Methodik: Als Tiermodel wurde ein 3,2 mm osteochondraler Bohrlochdefekt an der Trochlea von New Zealand White Rabbits verwendet. Die Defekte wurden mit Knochenmarkkoageln gefüllt, die nach vorheriger Beckenkammaspiration gewonnen wurden. Als experimentelle Gruppen wurden die Knochenmarkkoagel beladen mit jeweils 1x10^9 infektiösen Partikeln adenoviraler Vektoren, die für BMP-2 (Ad.BMP-2) oder das Markergen EGFP (Ad.GFP) kodieren. Leerdefektkontrollen wurden ebenfalls generiert. Als Zeitpunkte wurden 8 und 13 Wochen untersucht, mit jeweils n=6 Gelenken pro Gruppe und Zeitpunkt. Die histologische Auswertung (HE, Alzianblau, Kollagen Typ II und X) erfolgte durch 3 unabhängige, verblindete Untersucher mittels ICRS-II score und Histomorphometrie. Nicht-normalverteilte Daten (Shapiro-Wilk) erforderten Mann-Whitney U Signifikanztestung.

Ergebnisse und Schlussfolgerungen: Nach 13 Wochen zeigten 67% (n= 4/6) Ad.BMP-2 behandelter Gelenke eine hyalin-artige Knorpelreparation. Ad.GFP Kontrollen zeigten Regeneratgewebe geringerer Qualität (n= 6/6). Ad.BMP-2 Gelenke wiesen ausgeprägte Osteophytenbildung in 17% (n=1/6) nach 8 Wochen und 33% (n= 2/6) nach 13 Wochen auf. Diese war nicht existent in Ad.GFP Kontrollen. Osteophytäre Gelenke (n= 3) wurden nachfolgend in separater Gruppe analysiert. Substantielle Effekte (Ad.BMP-2 vs. Ad.GFP) traten nach 13 Wochen für Overall assessment (means 74.5 vs. 34.0, p .033), Mid/deep zone assessment (70.1 vs. 34.2, p .055), Surface/superficial assessment (76.3 vs. 37.2, p .088), Subchondral bone abnormalities (69.9 vs. 39.1, p .088), Formation of a tidemark (51.9 vs. 24.9, p .136), Cell morphology (76.3 vs. 41.8, p .033), sowie dem Kollagen Typ II Flächenanteil (71.6 vs. 52.2, p .136) auf.

Der direkte Gentransfer mit Knochenmarkkoageln und adenoviralen Vektoren stellt prinzipiell ein effektives Gentransfersystem für die Regeneration osteochondraler Defekte am Kaninchenmodell dar. Die Limitierungen der Methode liegen in der Sicherheitsproblematik bei der direkten Vektorapplikation und der hohen Variabilität der Regenerate begründet, die am ehesten auf die unkontrollierbare Verteilung von Vektor und MSZ in den Knochenmarkkoageln zurückzuführen ist. BMP-2 erwies sich als potenter chondrogener Faktor in vivo, allerdings sollte das erhebliche Risiko der Ossifikationsentwicklung im Knorpeldefekt mit diesem System beachtet werden.