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Fragestellung: Gelenkknorpelbiopsien für eine autologen Chondrozytentransplantation (ACT) werden ungeachtet der geplanten Reimplantations-Lokalisation vorzugsweise von der unbelasteten femoralen Notch entnommen. Zelluläres Verhalten wie auch Matrixkomposition unterscheiden sich jedoch zwischen den verschiedenen Regionen des Kniegelenkes. Ziel dieser Studie war, Proliferationsaktivität und Genexpressionsmuster artikulärer Chondrozyten unterschiedlicher topographischer Regionen des Kniegelenkes zu vergleichen, um das spezifische Verhalten der Populationen während der klinisch relevanten Monolayerexpansion zu charakterisieren

Methodik: Komplettschichtige Knorpelbiopsien wurden an acht verschiedenen Lokalisationen boviner Kniegelenke entnommen: an belasteten Stellen der medialen/lateralen Femurkondyle (MF/LF), des medialen/lateralen Tibiaplateaus (MT/LT), der Patella (P), sowie Trochlea (T) als auch an unbelasteten Stellen der femoralen Notch (B) und der proximo-medialen Femurkondyle (X). Die Chondrozyten wurden unter Monolayerbedingungen bis zur Passage (P) 7 mit synchroner, zellzahlidentischer Subkultivierung zur optimalen Vergleichbarkeit der Populationsverdopplung (PD) kultiviert. Mittels rtPCR wurden die mRNA Expressionslevel für Collagen 1, -2, -10, COMP, Aggrecan, Sox9, PRG-4 und MMP 1, -3, -13 für den nativen Knorpel, P0 (direkt nach enzymatischem Verdau), P1, P2, P3, P5 und P7 bestimmt. Die Ergebnisse wurden zu P0 normalisiert.

Ergebnisse und Schlussfolgerungen: Die PD-Rate der verschiedenen Populationen wies einen signifikanten Unterschied (p<0,04) auf. Besonders während der ersten Passage zeigten sich große Abweichungen in der Zellteilungsaktivität, mit einer deutlich erhöhten Proliferationsaktivität für B, X, MT und LT im Vergleich zu den Femurkondylen bei zugleich schwacher Aktivität der Gruppen P und T. Ab P1 konnten signifikante Unterschiede zwischen den Gruppen in der Genregulierung für Col 1 (p<0,03), Col 10 (p<0,02), COMP (p<0,005) und allen MMPs (p<0,05) für den gesamten Kultivierungszeitraum beobachtet werden. Der Col 1 Expressionslevel zeigte beispielsweise für P1-P7 ein deutliches Gefälle in der Aufregulierung. Populationen der belasteten Regionen MF, LF, P und T zeigten durchwegs eine vermehrte Hochregulation für die Expression von Collagen 1 im Vergleich zu Zellen der Tibia. Bei Kulturen der unbelasteten Lokalisationen B und X war diese Regulation nur in geringem Maße zu detektieren. Für Col 2, Sox9, Aggrecan und PRG-4 fanden sich diese Differenzen nur für die frühen Passagen 1 und 2.

Die acht topographisch unterschiedlichen Zellenpopulationen zeigen Differenzen sowohl in ihrem knorpelspezifischen Genregulierungsmuster, abhängig von der Anzahl der Passagen sowie dem betrachteten Gen, als auch in ihrer Proliferationsaktivität. Diese Ergebnisse, die ein signifikant unterschiedliches Verhalten der Zellpopulationen während der Monolayerexpansion demonstrieren, könnten in Zukunft bei der Entscheidung über die zu favorisierende Stelle für die Knorpelbiobsie bei der ACT bedacht werden.