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Fragestellung: Ansätze zur in situ Regeneration bzw. Integration von Biomaterial im Bereich skeletaler Gewebe bedingen eine Rekrutierung von Zellen mit entsprechender Differenzierungspotenz. Ein mögliches zelluläres Ziel hierfür sind mesenchymale Progenitorzellen (MPC) des Knochenmarks oder umgebender Gewebe. Es ist bekannt, dass verschiedene Mitglieder der PDGF-, BMP- bzw. VEGF- Familien die gerichtete Wanderung von MPCs induzieren und dass diese Faktoren zum Teil unterschiedliche Chemoattraktivität für MPCs und Osteoblasten aufweisen. Weitere zentrale Regulatoren der skeletalen Physiologie sind die Insulin-like growth factors (IGFs). Wir untersuchten deshalb erstmals deren Effekte auf die Migration von MPCs.

Methodik: MPCs des Knochenmarks wurden von 6 Spendern (Alter 20-30 Jahre) unter Verwendung etablierter Methoden (Dichtegradientenzentrifugation, Adhärenz auf Plastik) isoliert und charakterisiert (osteo-, chondro- und adipogenes Differenzierungspotential). Wir analysierten die Effekte von IGF-I und IGF-II in unterschiedlichen Konzentrationen auf die gerichtete Zellwanderung in einem modifizierten Boyden Chamber Assay. Darüber hinaus untersuchten wir die Interferenz eines Typ I IGF Rezeptor-Antikörpers (alphaIR3) sowie der IGF Bindungsproteine (IGFBP) 3 und 5 auf die IGF-induzierte Migration. Die Ergebnisse wurden mit Osteoblasten und in vitro osteogen differenzierten MPCs verglichen. Der Differenzierungsstatus wurde mittels RT-PCR für osteoblasten-spezifische Genexpression dokumentiert.

Ergebnisse: IGF-I und –II stimulierten die Zellwanderung humaner MPCs und osteoblastär differenzierter Zellen dosisabhängig von 1 bis 100 ng/mL. Der chemotaktische Index (gewanderte Zellen mit Wachstumsfaktor / gewanderte Zellen ohne Wachstumsfaktor) lag zwischen 4 und 5 für MPC und primäre Osteoblasten sowie bei 3 für in vitro differenzierte MPC. Die Checkerboardanalyse zeigte, dass beide IGFs eine echte gerichtete Wanderung und nicht ungerichtete Chemokinese induzierten. Die Zugabe des IGF Rezeptor Typ I Antikörpers verhinderte (MPC) oder reduzierte stark (Osteoblasten) die chemotaktischen Effekte von IGF-I und II. Die Zugabe von IGFBP3 hatte hemmende, die von IGFBP5 stimulierende Effekte. Eine signifikante Steigerung der IGF-I induzierten Migration von MPCs war durch IGBP5 zu beobachten.

Schlussfolgerung: Zusammenfassend zeigen unsere Ergebnisse, dass IGF-I und II chemoattraktive Faktoren für humane MPC sind und die entsprechenden Wirkungen über den Typ I IGF Rezeptor vermittelt sowie im Fall des IGF-I durch IGFBP5 verstärkt werden. Letzteres zeigte sich im Unterschied zu osteogen differenzierten Zellen. Diese tieferen Kenntnisse der zellbiologischen Effekte des IGF-Systems könnten im Hinblick auf eine lokale Rekrutierung mesenchymaler Progenitorzellen wesentliche Bedeutung für zukünftige Ansätze zur Geweberegeneration erlangen.