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Zelluläre und parakrine Interaktion von Periost und Chondrocyten im ACT- Modell
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Authors
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M. Rickert
- Experimentelle Orthopädie, Uniklinik Regensburg, Bad Abbach, Germany
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R. Dreier
- Institut für Physiologische Chemie und Pathobiochemie, Universitätsklinikum Münster, Münster, Germany
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A. Bosserhoff
- Institut für Pathologie, Universitätsklinikum Regensburg, Regensburg, Germany
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J. Radons
- Innere Medizin I, Universitätsklinikum Regensburg, Regensburg, Germany
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J. Grifka
- Klinik und Poliklinik für Orthopädie, Universität Regensburg, Bad Abbach, Germany
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S. Anders
- Klinik und Poliklinik für Orthopädie, Universität Regensburg, Regensburg, Germany
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S. Grässel
- Experimentelle Orthopädie, Uniklinik Regensburg, Bad Abbach, Germany
| Published: | September 28, 2006 |
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Fragestellung: Die konventionelle autologe Chondrocytentransplantation (ACT) basiert auf der Verwendung eines Periostlappens zur Defektversiegelung als bioaktive Kammer. Dem Periostlappen wird dabei ein parakriner Einfluss auf das Regeneratgewebe zugeschrieben, der hier anhand eines serumfreien Kokulturmodells näher untersucht wurde. Zur Analyse des Einflusses von direktem Kontakt zwischen Periost und Chondrozyten wurde das Modell modifiziert (s. Methoden).
Methodik: Micromass-Pellets aus humanen artikulären Chondrozyten (Alter: 50-76y) und humaner Periost in 2 Altersgruppen (jung:<42, alt:>60 y) wurden in Multiwellplatten durch parakrine Interaktionen zulassende Inserts getrennt (Separatkultur) bzw. direkt auf den Periostlappen appliziert (Kontaktkultur) bis zu 28 Tage in Ko- und Monokultur gehalten. Je 10 Kontakt- und Separatkulturen mit folgendem Setup wurden verglichen:
a) Kokultur von Periost mit Micromass-Pellets,
b) Monokultur von Periost und
c) Monokultur von Micromass-Pellets. Mittels ELISA, quantitativer RT-PCR und Gelatine- bzw. Casein-Zymographie wurde die Produktion von Zytokinen (IL-6, TGFβ-1), Chondrozyten-Differenzierungsmarkern (Aggrecan/MIA) und Proteinasen (MMP-2,-9,-7) zu verschiedenen Zeitpunkten in Periost, Chondrozyten und Kulturüberstand analysiert.
Ergebnisse: Separatkulturen: Die Expression der Chondrozytenmarker MIA und Aggrecan hing nur vom Chondrozyten-Donor ab, Kulturbedingungen und Alter des Periost-Donors hatten keinen Einfluss. An Tag 7 wurde in altem Periost eine signifikant höhere MMP-9-Genexpression (p<0,05) in Monokultur detektiert als in jungem Periost an Tag 21 und 28. Ebenso nimmt die MMP-9 Expression über die Zeit in altem Periost ab und wird zusätzlich durch Kokultivierung mit Chondrozyten herunterreguliert. Die MMP-2, TGF-β1 und IL-6 Expression sowie die IL-6 Sekretion wurden zu keinem Zeitpunkt von Kulturbedingungen und Alter des Periost-Donors signifikant beeinflusst. Im Kulturüberstand der Kokulturen wurde mittels Gelatine-Zymographie ein kombiniertes MMP-Profil (MMP-2, MMP-9) sowie bis Tag 14 zusätzliche, in Monokultur nicht auftretende MMP-Aktivitäten (ca. 40 kDa) detektiert, mittels Casein-Zymographie kann Pro-/MMP-7 (28/19 kDa) visualisiert werden. Pro-MMP-7 und aktive MMP-7 treten ab Tag 7 in Chondrozytenko- und Monokultur auf, in Periost-Monokultur nur Pro-MMP-7.
Schlussfolgerung: Im ACT-Modell mit streng parakriner Interaktion wurde in Kokultur kein signifikanter Periost-Einfluss auf die Expression der Chondrozytenmarker MIA und Aggrecan sowie auf MMP-2 und MMP-9 Sekretion und Aktivierung detektiert. Demnach scheint der Periostlappens in der klassischen ACT überwiegend eine „Deckelfunktion“ zu haben mit geringem Einfluss auf die Chondrozytenredifferenzierung, was sich mit dem klinischen Erfolg von periostfreien ACTs deckt. In altem Periost wird die in Monokultur hohe MMP-9 Expression durch Kokultur mit Chondrozyten temporär signifikant reduziert, nicht jedoch in jungem Periost.
