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Fragestellung: Eine Verstärkung der chondrogenen Differenzierung von mesenchymalen Progenitorzellen durch hydrostatische Kompression konnte in Vorarbeiten gezeigt werden. Ziel dieser weiterführenden Studie war es nun, den mechanobiologischen Einfluß auf Fibrochondrozyten, die aus unterschiedlichen Zonen des Meniskus entnommen wurden, zu analysieren.

Methodik: Humane Menisken wurden in einen avaskulären und einen vaskulären Teil aufgetrennt. Die Zellen der beiden Gruppen wurden durch Enzymandau isoliert und dann in Serum-haltigen Medium bis zu 80% Konfluenz amplifiziert. Anschließend wurden Aggregate hergestellt und für 21 Tage in chondrogenem Medium kultiviert. In den ersten 7 Tagen erfolgte eine zyklische hydrostatische Belastung der Zellaggregate für 4 Stunden/Tag (0,2-5MPa, 1Hz). Als Kontrolle dienten unbelastete Aggregate, die ansonsten unter den gleichen Bedingungen kultiviert wurden. Unbelastete und belastete Proben wurden am Tag 0, 7, 14 oder 21 entnommen und für die histologische (DMMB), immunhistochemische (Kollagen Typ I, II), biochemische (DNA-, GAG-Gehalt, Kollagen II-Elisa) und molekularbiologische Analyse (rt-PCR) weiterverarbeitet.

Ergebnisse: Chondrogenese von Meniskus-Fibrochondrozyten aus der vaskulären und avaskulären Zone konnte ohne mechanobiologische Belastung ausgelöst werden. Hierbei war die chondrogene Leistung von Meniskuszellen aus der vaskulären Zone signifikant höher als bei Zellen aus der avaskulären Zone (ANOVA (Tag 21): GAG (p<0,001), Kollagen II (p<0,0001)).

Durch zyklische hydrostatische Druckbelastung konnte bei Aggregaten aus Zellen der vaskulären als auch avaskulären Zone die Chondrogenese signifikant im Vergleich zur unbelasteten Kontrolle gesteigert werden: Bei Aggregaten aus Meniskuszellen der vaskulären Zone war dieser Effekt sofort nach dem letzten Belastungszyklus (Tag 7) nachweisbar (ANOVA (Tag 7: GAG (p<0,001), Kollagen II (p<0,001)) und bis zum Tag 21 der Aggregatkultur partiell noch erkennbar (ANOVA (Tag 21): GAG (p=0,2), Kollagen II (p<0,01)). Bei Aggregaten aus Meniskuszellen der avaskulären Zone war der signifikante Anstieg in der Chondrogenese erst 7 Tage nach dem letzten Belastungszyklus nachweisbar (ANOVA (Tag 14: GAG (p<0,05), Kollagen II (p<0,001)) blieb jedoch bis zum Tag 21 vollständig erhalten (ANOVA (Tag 21): GAG (p<0,001), Kollagen II (p<0,001)). Die dargestellten Ergebnisse konnten mittels Immunhistochemie und rt-PCR bestätigt werden.

Schlussfolgerungen: Die hydrostatische Belastung von Meniskus Fibrochondrozyten resultiert in einer gesteigerten Expression und Deposition von gelenkknorpeltypischen Matrixkomponenten (Proteoglykan, Kollagen II). Meniskuszellen aus der avaskulären und vaskulären Zone unterscheiden sich im Ausmaß ihres Differenzierungsverhaltens und der Antwort auf hydrostatische Belastung. Die Studie trägt dazu bei, verbesserte Tissue Engineering Produkte zur Regeneration von Meniskusdefekten herzustellen.