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Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie
73. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Unfallchirurgie
95. Tagung der Deutschen Gesellschaft für Orthopädie und Orthopädische Chirurgie
50. Tagung des Berufsverbandes der Fachärzte für Orthopädie und Unfallchirurgie

21. - 24.10.2009, Berlin

Das Verhalten artikulärer Chondrozyten verschiedener topographischer Lokalisationen des Kniegelenks in mechanisch stimulierter Matrix-assoziierter 3-D Kultur

Meeting Abstract

  • G. M. Salzmann - Universitätsklinikum Freiburg, Department Orthopädie und Traumatologie, Freiburg, Germany
  • M. M. Buchberger - Klinikum rechts der Isar, TU München, Abteilung für Orthopädie und Sportorthopädie, München, Germany
  • M. Stoddart - ARI Institute Davos, Davos, Switzerland
  • S. Grad - ARI Institute Davos, Davos, Switzerland
  • M. Alini - AO Forschungsinstitut, Biomaterials / Tissue Engineering, Davos-Platz, Switzerland
  • A. B. Imhoff - TU München, Klinikum rechts der Isar, Klinik für Orthopädie und Unfallchirurgie, München, Germany

Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie. 73. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Unfallchirurgie, 95. Tagung der Deutschen Gesellschaft für Orthopädie und Orthopädische Chirurgie, 50. Tagung des Berufsverbandes der Fachärzte für Orthopädie. Berlin, 21.-24.10.2009. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2009. DocEF21-567

doi: 10.3205/09dkou097, urn:nbn:de:0183-09dkou0974

Published: October 15, 2009

© 2009 Salzmann et al.
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Fragestellung: Bei der autologen Chondrozyten Transplantation (ACT) werden Knorpelzellbiopsien zur ex vivo Zellzahlexpansion, ungeachtet der geplanten Reimplantations-Lokalisation, in der Regel von der unbelasteten femoralen Notch entnommen. Doch Matrixzusammensetzung und zelluläres Verhalten unterscheiden sich zwischen den verschiedenen Regionen innerhalb des Kniegelenkes. Ziel dieser Studie war der Nachweis, dass Zellen unterschiedlicher topographischer Regionen des Kniegelenks, auch nach ihrer Isolierung und Monolayerexpansion, auf simulierte in vivo Bedingungen verschiedene Matrix/Genexpressionprofile zeigen.

Methodik: Biopsien boviner Chondrozyten wurden von acht verschiedenen Lokalisationen des Kniegelenks entnommen: belastete mediale/laterale Femurkondyle, belastetes mediales/laterales Tibiaplateaus, der Patella der Trochlea als auch von der unbelasteten femoralen Notch sowie der unbelasteten proximo-medialen Femurkondyle. Nach Monolayerkultivierung wurden die Zellpopulationen bei Passage 3 auf dreidimensionale (3-D) Polyurethan-Matrices besiedelt. Während 50% der Zell-Matrix-Konstrukte in einem gelenksspezifischen Bioreaktor mechanisch (Kompressions-und Scherlast) belastet wurden, wurde die andere Hälfte als Kontrolle belastungsfrei (free swell) kultiviert. Nach 22-tägiger Kultur wurden die mRNA Expressionslevel mittels rtPCR für Kollagen-1, -2, -10, COMP, Aggrecan, Sox9, PRG-4, PTHrp und MMP-1, -3, -13 bestimmt. Außerdem wurde der Gehalt an DNA/Probe und Glykosaminoglykane(GAG)/Probe analysiert.

Ergebnisse und Schlussfolgerungen: Im DNA-Gehalt konnten keinerlei signifikante Unterschiede zwischen den Gruppen als auch zwischen Belastung/Kontrolle gefunden werden. Jedoch zeigten sich signifikante Unterschiede im GAG-Gehalt sowohl zwischen den acht verschiedenen unbelasteten Kontrollgruppen als auch zwischen den belasteten Gruppen. Die belasteten Gruppen wiesen, im Vergleich zur Kontrolle, einen signifikanten Anstieg im GAG-Gehalt durch die mechanische Stimulation auf. Genexpressionslevel waren bereits innerhalb der Kontrollgruppen unterschiedlich für alle Gene (p<0,05) außer Sox9, PRG-4 und PTHrp. Deutlichere Unterschiede zeigten sich für alle Gene innerhalb der belasteten Gruppen (p<0,025), bis auf Sox9, Aggrecan und PTHrp. Die Expressionslevel aller Gene zeigten außerdem ein signifikant höheres Antwortverhalten auf die mechanische Belastung im Vergleich zur Kontrolle (p<0,001), abgesehen der Expression von Kollagen 1, -10, MMP-1 und -3.

Diese Ergebnisse zeigen, dass Chondrozyten verschiedener topographischer Regionen innerhalb des Kniegelenks ein unterschiedliches Verhalten bereits in unbelasteter 3-D-Kultur, besonders aber unter mechanischer Stimulation zeigen. Dieses ungleiche Antwortverhalten könnte bei der Verwendung der ACT in der Zukunft bedacht werden, um ein möglichst hohes, möglicherweise sogar Lokalisations-typisches in vivo-Verhalten des Ersatzgewebes zu gewährleisten.