gms | German Medical Science

Fragestellung: Sowohl mechanische Stimulation als auch anabole Wachstumsfaktoren erweisen sich als positive Stimulatoren der Proliferation und Differenzierung von artikulären Chondrozyten. Das Ziel der hier vorgelegten Studie war es zu analysieren welcher Stimulator sich als effektiver in der Induktion der in vitro Chondrogenese erweist sowie ob sich durch eine kombinierte Anwendung synergistische Effekte erzielen lassen.

Material und Methoden: Primäre bovine Chondrozyten wurden nach Isolation und zweidimensionaler Proliferation entweder für das knorpelspezifisch-anabole Gen bone morphogenetic protein-2 (BMP-2) retroviral transduziert (B) oder unbehandelt belassen (A). Die Zellen wurden anschliessend dreidimensional auf polyurethanen Matrices besiedelt (n=48) und entweder in einem gelenkspezifischen Bioreaktor einer definierten dynamischen Kompressions- und Scherbelastung ausgesetzt (1) oder free swell kultiviert (2). 19 (T1) und 33 (T2) Tage nach Besiedelung der Matrices erfolgte die Analyse von DNA-und Glykosaminoglykan (GAG)-Gehalt sowie die Bestimmung der Kollagen 1 und 2, Aggrecan, Sox 9 und COMP mRNA mittels quantitativer real time PCR Analyse. mRNA-Werte wurden zur angelegten Kontrolle A2 (Wert: 1) relativiert. Mittels FACS und BMP-2 Elisa erfolgte die Analyse der Transgenexpression. Die statistische Analyse zum Vergleich der Unterschiede zwischen den Gruppen erfolgte unter Verwendung des student t Tests unter Festlegung eines Signifikanzniveaus wenn p0,05.

Ergebnisse: Im Vergleich zur Kontrolle erwiesen alle Versuchsgruppen an beiden Zeitpunkten einen signifikant höheren DNA-und GAG-Gehalt auf. Bei T1 erwies B1, bei T2 B2 die höchsten DNA-Werte auf, während B2 an beiden Zeitpunkten die höchsten GAG Werte aufwies (T1: 20-fach, T2: 15-fach). Kollagen 1 mRNA-Expression wurde in allen Versuchsgruppen bei T1 und T2 unter dem Wert der Kontrolle gehalten. Kollagen 2, Aggrecan, Sox9 und COMP mRNA Expression war in allen Versuchsgruppen bei T1 und T2 signifikant höher als die Kontrolle. Gruppe B1 erwies bei Kollagen 2 bei T1 (200-fach) und T2 (170-fach) die höchsten Werte auf. Für Aggrecan wies B1 bei T1 die höchsten Werte auf (45-fach) und bei T2 B2 (18-fach). Bei Sox9 zeigte A1 an T1 (5-fach) und T2 (120-fach) die höchsten Werte auf. Bei COMP erwies sich an T1 (200-fach) B1 und an T2 (10-fach) A1 am effektivsten. Synergistische Effekte (B1 grösser als die Summe von A1 und B2) zeigten sich für Aggrecan und COMP jeweils an T1. Die FACS Analyse zeigte eine effektive und stabile Transgenxpression (90 % an T1 und T2). Mittels ELISA liess sich eine konstante BMP-2 Produktion im Zellkulturmedium nachweisen.

Diskussion: Sowohl mechanische Stimulation als auch BMP-2 erweisen sich mit unterschiedlichen Auswirkungen als positive Stimulatoren der Chondrogenese in vitro. Für die Expression von Aggrecan und COMP lassen sich synergistische Effekte nachweisen.