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Fragestellung: Der intra-artikuläre Transfer von anti-inflammatorischen Genen (z.B. des Interleukin Rezeptor Antagonisten - IL-1Ra) wurde bereits erfolgreich ersten klinischen Studien eingesetzt. Die klinische Anwendung dieser Technologie ist dabei entscheidend von Vektoren abhängig, die in der Lage sind, effizienten Gentransfer und stabile Transgenexpression in vivo zu gewährleisten. In Unterschied zu den gebräuchlicheren orthoretroviralen Vektoren leiten sich Foamyvirusvektoren (FV) von apathogenen Elternviren ab und zeichnen sich durch ein vorteilhaftes Integrationsmuster in das zelluläre Genom aus. Daher war es Ziel dieser Arbeit IL-1Ra kodierende FV-Vektoren für den indirekten intra-artikulären Gentransfer (Injektion FV-Vektor-modifizierter Zellen) zur generieren und zu Charakterisieren.

Methodik: Hierfür wurden Vektoren mit der kodierenden Sequenz für den humanen und Ratten - IL1Ra unter der Kontrolle des SFFV-U3 Promoter generiert und mit einem vier Plasmidsystem (IL-1Ra-IRES-EGFP Vektor, FV-gag-, FV-pol- und FV-env-Expressionsplasmid) in HEK-293T Zellen produziert und durch Zentrifugation aufkonzentriert. Als Kontrolle dienten FV Vektoren die nur EGFP enthielten.

Transduktionsexperimente wurden mit primären humanen mesenchymalen Stammzellen (MSZ), der Tert-4 MSZ Zelllinie und HT1080 Fibroblasten durchgeführt. Die Transgenexpression wurde mittels Fluoreszenzmikroskopie, FACS, ELISA und real-time PCR evaluiert. Zudem erfolgte die Evaluation der chondroprotektiven Effekte von foamyviral-vermitteltem IL-1Ra Gentransfer auf die Knorpeldifferenzierung von MSZ in Anwesenheit von IL-1 in einem etablierten in vitro Modell (Pelletkultursystem). Hierzu wurden Pellets in chondrogenem Standardmedium (ITS, VitC, Dexa, 10 ng/ml TGF-b1) in An- oder Abwesenheit von 10 ng/mL IL-1 kultiviert. Nach drei Wochen wurden die Pellets geerntet und bezüglich ihres chondrogenen Phänotyps analysiert.

Ergebnisse und Schlussfolgerungen: Die Transduktionseffizienzen betrugen 45% in MSCs, 85% in Tert-4 und 95% in HT1080 Zellen (EGFP/FACS Analysen). Die Transgenexpression in den Zellkulturüberständen betrugen entsprechend 80, 110 und 130 ng/mL. In den MSZ Pellets erreichten die Transgenlevel ein Maximum von 80 ng/mL nach Tag drei, gefolgt von einem Rückgang auf 10 ng/mL nach Tag 21, wobei die Kontrollen permanent unter 400 pg/ml lagen.

Pellets in Medium ohne IL-1 Zugabe waren positiv in der RT-PCR für chondrogene Gene, sowie in der Histologie (Alcianblau) und Immunhistochemie (u.a. Col2). Durch Zugabe von IL-1 wurde die Chondrogenese inhibiert. Demgegenüber konnte die foamyviral vermittelte IL-1Ra Expression die Chondrogenese in Anwesenheit von IL-1 retten.

FV Vektoren können für eine effiziente Transduktion von Fibroblasten und MSZ verwendet werden, um IL-1Ra Transgenlevel zu erzielen die in der Lage sind die Effekte von IL-1 in vitro effektiv zu blockieren. Das Fernziel besteht in der Etablierung und Evaluierung eines Gentransfersystems, das eine klinische in vivo Applikation erlaubt.