gms | German Medical Science

Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2012)

23.10. - 26.10.2012, Berlin

Intra-individueller Vergleich der chondrogenen Differenzierung von MSCs und ASCs in Kollagen-I-Hydrogel

Meeting Abstract

  • presenting/speaker Alexander Nedopil - Orthopädische Klinik, König-Ludwig-Haus, Orthop. Zentrum für Muskuloskelettale Forschung, Lehrstuhl für Orthopädie der Universität Würzburg, Würzburg, Germany
  • Ralf Hallinger - Orthopädische Klinik, König-Ludwig-Haus, Orthop. Zentrum für Muskuloskelettale Forschung, Lehrstuhl für Orthopädie der Universität Würzburg, Würzburg, Germany
  • Fabian Gilbert - Orthopädische Klinik, König-Ludwig-Haus, Orthop. Zentrum für Muskuloskelettale Forschung, Lehrstuhl für Orthopädie der Universität Würzburg, Würzburg, Germany
  • Patrick Prager - 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, OZMF, Abt. Tissue Engineering/Regenerative Medizin, Lehrstuhl für Orthopädie der Universität Würzburg, Würzburg, Germany
  • Lars Rackwitz - Orthopädische Klinik, König-Ludwig-Haus, Orthop. Zentrum für Muskuloskelettale Forschung, Lehrstuhl für Orthopädie der Universität Würzburg, Würzburg, Germany
  • Ulrich Nöth - Orthopädische Klinik, König-Ludwig-Haus, Orthop. 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. DocPO12-1445

DOI: 10.3205/12dkou529, URN: urn:nbn:de:0183-12dkou5296

Veröffentlicht: 2. Oktober 2012

© 2012 Nedopil et al.
Dieser Artikel ist ein Open Access-Artikel und steht unter den Creative Commons Lizenzbedingungen (http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/deed.de). Er darf vervielfältigt, verbreitet und öffentlich zugänglich gemacht werden, vorausgesetzt dass Autor und Quelle genannt werden.


Gliederung

Text

Fragestellung: Besteht ein Unterschied der intra-individuellen chondrogenen Differenzierungskapazität von mesenchymalen Stammzellen (MSCs) und Fettstammzellen (ASCs) in Kollagen-I-Hydrogel?

Methodik: MSCs wurden aus dem Knochenmark und ASCs aus dem Unterhautfettgewebe von 8 Patienten gewonnen, die sich einer Hüft-Endoprothesen-Implantation unterzogen haben. Beide Zelltypen wurden bis zur zweiten Passage in Zellkultur expandiert. Anschließend wurden Zell-Hydrogel Konstrukte generiert (1x106 Zellen/ml) [1] und diese in einem chemisch definierten chondrogenen Differenzierungsmedium, supplementiert mit TGF-β3 (10ng/ml), 28 Tage lang kultiviert [2].

Histologische (H&E und Alzian Blau) und immunhistochemische Untersuchungen (Col-II, Col-X) wurden nach 7, 14 und 28 Tagen durchgeführt. Zusätzlich wurden der DNA-Gehalt und der gesamte sGAG-Gehalt (sulfatierte Glykosaminoglykane) bestimmt. Die Genexpression chondrogener Marker (Col-II, AGC) und des Hypertrophiemarkers (Col-X) wurde durch semi-quantitative PCR wöchentlich bestimmt.

Ergebnisse und Schlussfolgerungen: Im Allgemeinen konnte in MSC- und ASC-Kollagen-Hydrogelen die Prokuktion von Knorpel-spezifischer Matrix durch eine positive sGAG- und Kollagen Typ II Färbung nachgewiesen werden. (Abbildung 1 [Abb. 1])

MSC-Hydrogele waren signifikant größer und hatten einen signifikant höheren DNA Gehalt als ASC-Hydrogele. Ebenfalls war der GAG-Gehalt in den MSC-Hydrogelen signifikant höher als in den ASC-Hydrogelen. Interessanterweise war der relative GAG-Gehalt (= μg(GAG)/ μg(DNA)) von MSC-Hydrogelen und ASC-Hydrogelen nicht signifikant unterschiedlich. Dies indiziert, dass die GAG Produktion von MSCs und ASCs auf zellulärer Ebene ähnlich ist.

Die semiquantitative PCR bestätigte diese Beobachtung: Die COL-II Expression war in den MSCs und ASCs vergleichbar. Im zeitlichen Verlauf steigerte sich die COL-II Expression bei beiden Zelllinien kontinuierlich.

Schlussfolgerung: Für zukünftige zellbasierte Therapiestrategien von Knorpeldefekten ist ein grundsätzliches Verständnis der chondrogenen Differenzierungseigenschaften von MSCs und ASCs in einem klinisch zugelassenen Hydrogel essentiell.

Unsere Ergebnisse zeigen signifikante Unterschiede der Stammzelleigenschaften abhängig vom Gewebe der Zellgewinnung. Während MSCs und ASCs unter TGF-β3 Stimulation eine ähnliche chondrogene Differenzierung aufweisen, kann die Proliferation der MSCs unter TGF-β3 stärker stimuliert werden.

Die hier dargestellten unterschiedlichen Charakteristika von ASCs und MSCs favorisieren MSCs als geeignete Zellquelle zur knorpelregenerativen Therapie mit Kollagen-I-Hydrogel. Dies ist die erste Studie, welche die intra-individuelle chondrogene Differenzierungskapazität von MSCs und ASCs in Kollagen-I-Hydrogel untersucht [3].


Literatur

1.
Nöth U, et al. Chondrogenic differentiation of human mesenchymal stem cells in collagen type I hydrogels. J Biomed Mater Res A. 2007.
2.
Ronziere MC, et al. Chondrogenic potential of bone marrow- and adipose tissue-derived adult human mesenchymal stem cells. Biomed Mater Eng. 2010.
3.
Diekman BO, et al. Chondrogenesis of adult stem cells from adipose tissue and bone marrow: induction by growth factors and cartilage-derived matrix. Tissue engineering, Part A. 2010.