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67. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Unfallchirurgie
89. Tagung der Deutschen Gesellschaft für Orthopädie und Orthopädische Chirurgie
44. Tagung des Berufsverbandes der Fachärzte für Orthopädie

11. bis 16.11.2003, Messe/ICC Berlin

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3-D-Kultivierung und Osteogene Differenzierung Humaner Mesenchymaler Stammzellen auf mineralisiertem Kollagen und α-Tri-Calcium-Phosphat

Meeting Abstract (DGU 2003)

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  • corresponding author Philipp Niemeyer - Stiftung Orthopädische Universitätsklinik Heidelberg, Schlierbacher Landstr. 200a, 69118, Heidelberg, Phone: 06221-965
  • U. Krause - Medizinische Universitätsklinik Heidelberg
  • M. Punzel - Institut für Transplantationsdiagnostik Universität Düsseldorf
  • P. Kasten - Stiftung Orthopädische Universitätsklinik Heidelberg
  • H.-G. Simank - Stiftung Orthopädische Universitätsklinik Heidelberg

Deutsche Gesellschaft für Unfallchirurgie. Deutsche Gesellschaft für Orthopädie und orthopädische Chirurgie. Berufsverband der Fachärzte für Orthopädie. 67. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Unfallchirurgie, 89. Tagung der Deutschen Gesellschaft für Orthopädie und Orthopädische Chirurgie und 44. Tagung des Berufsverbandes der Fachärzte für Orthopädie. Berlin, 11.-16.11.2003. Düsseldorf, Köln: German Medical Science; 2003. Doc03dguD3-5

The electronic version of this article is the complete one and can be found online at: http://www.egms.de/en/meetings/dgu2003/03dgu0243.shtml

Published: November 11, 2003

© 2003 Niemeyer et al.
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Fragestellung

Mesenchymale Stammzellen (MSC) stellen eine potentielle Quelle für den autologen Ersatz mesenchymaler Gewebe dar. Sie lassen sich in vitro in verschiedene mesenchymale Gewebe - darunter Knochen-, Knorpel- und Fettgewebe - differenzieren. In einer möglichen klinischen Anwendung sollen dreidimensionale Knochendefekte überbrückt werden. Deshalb wird angestrebt, die Zellen auf Trägersubstanzen zu kultivieren, die eine solche Dreidimensionalität vorgeben (Tissue Engineering). Bezüglich ihrer Eignung sind bereits viele Trägersubstanzen getestet worden. In der vorliegenden Arbeit sollen mineralisiertes Kollagen sowie α-Tri-Calcium-Phosphat (α-TCP) auf ihre Eignung zum Tissue Engineering untersucht werden.

Methoden

Mesenchymale Stammzellen wurden nach etablierten Protokollen aus humanem Knochenmark isoliert und in vitro expandiert. Nach Aufbringen der MSC auf die Trägersubstanzen wurden die Zell-Matrix-Konstrukte für 28 Tage in osteogenes Differenzierungsmedium überführt und die Besiedlungseffizienz, sowie regelmässig Proliferation (WST-1 Vitalitäts-Assay, Gesamtproteinbestimmung) und der Differenzierungsgrad der Zellen (quantitative RT-PCR osteogener Marker) bestimmt. Zusätzlich wurde mit konventionellen (immun-)histologischen Färbungen die Verteilung der Zellen in der Matrix analysiert.

Ergebnisse

Mesenchymale Stammzellen wurden erfolgreich aus humanem Knochenmark isoliert und in dreidimensionalem mineralisiertem Kollagen bzw. α-TCP kultiviert. Auf beiden Matrices konnte eine im Vergleich zur Monolayerkontrolle signifikante Zunahme der osteogenen Marker während der Differenzierung nachgewiesen werden. Wir konnten einen deutlichen Vorteil des mineralisierten Kollagens im Vergleich zu α-TCP bezüglich der Besiedlungseffizienz sowie des Anstiegs der osteogenen Differenzierungsmarker zeigen. Auch das Wachstumsverhalten der MSC in den Matrices war unterschiedlich: im MSC/Kollagen-Konstrukt konnten wir eine starke Zellproliferation innerhalb der ersten 10 Tage mit anschliessendem Sistieren der Zellzahl verzeichnen, im MSC/α-TCP-Konstrukt hingegen eine kontinuierliche Proliferation über den gesamten Kultivierungszeitraum. Die histologische Auswertung zeigte, dass sich die Zellen im MSC/α-TCP-Konstrukt überwiegend in der Randzone der Matrix befinden, während im Konstrukt aus Zellen und mineralisiertem Kollagen auch lebende Zellen in tieferen Matrixabschnitten nachgewiesen werden konnten.

Schlussfolgerungen

Die 3-D-Kultivierung mesenchymaler Stammzellen auf den beiden untersuchten Trägersubstanzen konnte erfolgreich durchgeführt werden. Unsere Ergebnisse machen insbesondere Konstrukte aus MSC und mineralisiertem Kollagen zu einem hoffnungsvollen Kandidaten im Bereich des Knochen-Tissue-Engineerings.