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Fragestellung: Mesenchymale Stammzellen aus Knochenmark (BMSC) haben viel versprechende Eigenschaften für die Regeneration von Knorpelgewebe. Ein bisher ungelöstes Problem ist die unerwünschte Hochregulation hypertropher Marker wie z. B. Kollagen Typ X und alkalische Phosphatase (ALP) während der in vitro Chondrogenese von BMSC. Nach ektoper Transplantation kommt es zur Bildung von transientem kalzifziertem Knorpel. Im Gegensatz dazu haben artikuläre Chondrozyten die Fähigkeit, unter gleichen Bedingungen stabilen Knorpel zu bilden, der nicht kalzifiziert. Ziel dieser Studie war es, die unerwünschte Hypertrophie und in vivo Kalzifizierung der BMSC durch den Einfluss von Chondrozyten zu verhindern.

Methodik: Chondrogenes, TGF-β-haltiges Medium wurde durch dreidimensionale Chondrozytenpellets für 2 Tage konditioniert. BMSC-Kulturen von 5 Spendern wurden in 100 µl frischem chondrogenem Medium mit TGF-β, dem 250 µl konditioniertes Medium zugesetzt wurde, für 6 Wochen differenziert. Die Kontrollpellets erhielten chondrogenes Medium mit TGF-β. Für Ko-Kulturexperimente wurden aus BMSC und Chondrozyten bzw. Synovialmembranzellen Pellets im Mischungsverhältnis 1:1 und 1:2 angesetzt und für 6 Wochen chondrogen differenziert, bevor sie histologisch und durch quantitative RT-PCR beurteilt wurden. Die ALP-Aktivität wurde in Kulturüberständen und Kryostatschnitten bestimmt. Im Anschluss an die in vitro Kultur wurde ein Teil der Pellets subkutan in SCID-Mäuse transplantiert und nach vier Wochen histologisch analysiert.

Ergebnisse: Durch Kultur mit konditioniertem Medium kam es im Vergleich zur Kontrolle zu einer Verringerung der ALP-Aktivität und zu einer Erhöhung der Col2A1-Expression, während die Col10A1-Expression unbeeinflusst war. Die Differenzierung in konditioniertem Medium in vitro bewirkte später eine Reduktion der in vivo Kalzifizierung auf etwa die Hälfte. Die Chondrogenese von BMSC lässt sich somit durch von Chondrozyten konditioniertes Medium fördern und verbessern. In den Mischpellets aus BMSC und Chondrozyten wurde die ALP-Aktivität spezifisch nur durch Chondrozyten stark reduziert, nicht jedoch durch Synovialmembranzellen. Die in vivo Kalzifzierung wurde ebenfalls in den Mischpellets aus Chondrozyten und BMSC vollständig unterdrückt, während Synovialmembranzellen die Kalzifzierung nicht beeinflussten. Die Hemmung der ALP und der in vivo Kalzifizierung war umso stärker, je höher der Anteil an Chondrozyten im Mischpellet war.

Schlussfolgerung: Diese Ergebnisse zeigen, dass Chondrozyten Faktoren sezernieren, die den Differenzierungszustand der BMSC so stabilisieren, dass damit die unerwünschte Kalzifizierung nach Transplantation unterbleibt. Eine Identifikation der verantwortlichen Faktoren und Mechanismen wird einen wichtigen Beitrag zur Verbesserung der gängigen Stammzell-Differenzierungsprotokolle leisten, um dem Ziel der Erzeugung von stabilem Knorpel aus BMSC näher zu kommen.