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Autologer matrix-unterstützter Transfer von mesenchymalen Stammzellen in die Bandscheibe
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Published: | October 15, 2009 |
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Fragestellung: Regenerative Therapien zur Behandlung von Degenerationen der Bandscheibe (BS) sind bisher nicht verfügbar. Zelltherapie erscheint vielversprechend, um eine Regeneration durch vitale Zellen zu unterstützen. Die Versorgung der Bandscheibe mit O2 und Nährstoffen sowie Druck und Osmolarität stellen ein mögliches Hemmnis für eine effiziente Zelltherapie dar. Um die Fähigkeit von mesenchymalen Stammzellen des Göttinger Minipigs (pMSC) in einer Bandscheibenumgebung zu überleben zu untersuchen, wurden die Zellen mit viralen Methoden markiert und die Transfereffizienz und Vitalität der Zellen in Bandscheibenexplantaten in vitro und nach Injektion in Bandscheibensegmente in vivo überprüft, um die Machbarkeit zelltherapeutischer Ansätze an der degenerativen BS abzuschätzen.
Methodik: Zum Transfer des Markergens in Primärzellen wurde ein retrovirales System verwendet. In einem Bandscheibenexplantatmodell des Minipigs wurden Transfereffizienz und Vitalität implantierter autologer mesenchymaler Stammzellen (pMSC) über die Enzymaktivität des Markergens Luziferase untersucht. Zusätzlich wurde an sechs Göttinger Minipigs an jeweils 2 Lendenwirbelsegmenten eine partielle Nukleotomie durchgeführt und anschliessend autologe pMSC in Fibringel injiziert. Der Zelltransfer in einem mit Al2O3 Partikeln supplementierten Fibringel in vitro und in vivo wurde durch Computertomographie (µCT) nachverfolgt und die Zellvitalität nach einer Standzeit von 3 Tagen ermittelt.
Ergebnisse und Schlussfolgerungen: Die Markergenexpression von pMSC blieb in vitro bis zu 70 Tage stabil und war linear zur Zellzahl. Die Nachweisgrenze rekombinanter Zellen lag bei einhundert Zellen. Durch Immobilisierung transferierter Zellen in Fibringel konnte eine Transfereffizienz in den Nucleus Pulposus von 45% erreicht werden. Drei Tage nach Implantation war in 8/12 nukleotomierten Bandscheiben deutliche Luziferaseaktivität nachweisbar. Zusätzlich konnte der erfolgreiche Transfer durch Nachweis der co-injizierten Al2O3 Partikel in 7/12 nukleotomierten Bandscheiben belegt werden.
Gentransfer in pMSC ist effizient durchführbar und resultiert im Falle des retroviralen Transfers in stabiler, langanhaltender Transgenexpression in vitro. Der Transfer vitaler Zellen in die Bandscheibe wird durch Verwendung eines Fibringels effizient durchführbar und durch Supplementierung mit Al2O3 Partikeln im µCT quantitativ nachweisbar. Durch die Verwendung des Markergens Luciferase wird ein sehr sensitiver, quantitativer Nachweis von Zellen im Gewebe möglich, mit dem vitale Zellen 3 Tage nach Injektion in vivo nachweisbar sind. Somit stellt die virale Markierung der Zellen in Kombination mit dem Nachweis per µCT ein potentes Werkzeug für die Nachverfolgung implantierter Zellen in Degenerationsmodellen der BS dar.