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Fragestellung: Knorpel- und Knochendegeneration stellen ein großes volkswirtschaftliches und individualspezifisches Problem dar, mit deren Lösung sich die Methoden der regenerativen Medizin befassen. Das Ziel dieser Studie war es, den Einfluss eines chondrogenen Differenzierungsmediums und/oder einer mechanischen Stimulation auf Stabilität und morphologischen Aufbau eines osteochondralen Transplantates zu untersuchen.

Methodik: Humane stromale Stammzellen aus dem Knochenmark (hBMSCs) wurden während unfallchirurgischer Operationen aus dem Beckenkamm gewonnen, isoliert, passagiert und für 7 Tage in zweidimensionaler Kultur mit einem u.a. TGF-β2- und IGF-1-haltigen Differenzierungsmedium chondrogen vordifferenziert. Die Zellen wurden anschließend in eine biologische Hybridmatrix (CaReS Gel, Arthrokinetics, Esslingen, Germany und Tutobone, Tutogen Medical GmbH, Neunkirchen a. Br., Germany) transferiert und anschließend in einer speziell entwickelten Glasapparatur für 24 h durch eine Kombination von Druck- und Zugkräften komprimiert. Die so entstandenen 42 osteochondralen Konstrukte wurden verschiedenen Stimulationsprotokollen unterzogen, die sich in Stimulationsdauer (14 bis 28 d), Stimulationsart (dynamisch im Bioreaktor oder statisch) und Anwesenheit der Wachstumsfaktoren unterschieden. Die Auswertung erfolgte in Nasschemie (DNA- und GAG-Gehalt), Histologie (immunhistochemische Bestimmung der Matrixbestandteile) und Biomechanik, bei der unter Bedingungen der constraint compression die Steifigkeit errechnet wurde.

Ergebnisse und Schlussfolgerungen: Histologisch zeigte sich eine homogene und vitale Zellverteilung (Live/Dead Assay: >70% vitale Zellen). Die noch ausstehenden immunhistochemischen Ergebnisse werden genauere Informationen über die Morphologie der Konstrukte liefern.

Bei der biomechanischen Auswertung zeigte sich ein statistisch signifikanter Anstieg (p<0,05) der Konstruktsteifigkeit durch die mechanische Stimulation, während weder durch Veränderung der Stimulationsdauer noch durch Hinzunahme der Wachstumsfaktoren eine signifikante Veränderung der Steifigkeit herbeigeführt werden konnte. Die statisch stimulierten Konstrukte wiesen im Vergleich zu den mechanisch stimulierten Gruppen nach 3 und 4 Wochen einen signifikant höheren GAG-Gehalt auf.

Für die Erstellung eines Protokolls zum Tissue Engineering eines osteochondralen Konstruktes mit Hilfe von humanen mesenchymalen Stammzellen in einer Hybridmatrix hat sich die mechanische Stimulation in dieser Studie als vorteilhaft in Hinblick auf die mechanische Stabilität der Konstrukte erwiesen.

Obwohl Wachstumsfaktoren einen bekannten Stellenwert in der chondrogenen Zelldifferenzierung besitzen, konnte in dieser Studie kein signifikanter Einfluss der Hinzunahme von entsprechenden Mediumzusätzen gezeigt werden. Das Herauslassen dieser Faktoren aus dem Protokoll sowie eine Verkürzung der Stimulationsdauer kann diskutiert werden, um Vorteile bezüglich der Kosten und der Möglichkeit der klinischen Anwendung zu erzielen.