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Fragestellung: Das Tissue Engineering von Knochen mit Hilfe von Gentransfer-Technologien ist Gegenstand präklinischer Studien. Wird ein Wachstumsfaktor-Gen in eine Zelle eingeschleust, dann produziert diese Zelle physiologische Mengen des Wachstumsfaktors über einen ausgedehnten Zeitraum und sorgt für einen lang anhaltenden Regenerationsstimulus. In zahlreichen Tierexperimenten wurde bereits gezeigt, dass große Knochendefekte durch die Implantation von Bone Morphogenetic Protein-2 (BMP-2) exprimierenden Zellen geheilt werden können. Das aufwändige und teuere Isolieren und Vermehren der Zellen steht jedoch einer breiten klinischen Anwendung im Wege.

Durch die vorliegende Studie sollte deswegen untersucht werden, ob sich in vitro in Muskelgewebestücken, die mit einem adenoviralen BMP-2 Vector in Kontakt gebracht wurden, eine Osteoinduktion erreichen lässt. Sollte dies der Fall sein, dann könnten sich autologe, BMP-2 aktivierte Muskelgewebestücke als osteoregenerative Implantate zur Behandlung von Knochendefekten eignen. Ein Isolieren und Vermehren von Zellen wäre bei der Verwendung solcher genaktivierter Muskelimplantate nicht notwendig.

Methodik: Für diese Studie wurde Muskelgewebe aus dem Bereich der hinteren Extremitäten einer männlichen, 4 Monate alten Fischer 344 Ratte verwendet. Das Gewebe wurde unter sterilen Bedingungen entnommen und zerkleinert. Mit Hilfe eines Mikrotoms und einer Hautbiopsie-Stanze wurden runde Muskelscheiben einer standardisierten Größe (4 mm Durchmesser, 1 mm Höhe) hergestellt. Die Muskelscheiben wurden dann entsprechend ihrer Gruppenzugehörigkeit unbehandelt belassen oder für 60 Minuten mit einem adenoviralen Vector inkubiert, der entweder das Markergen Green Flourescent Protein (GFP) oder das BMP-2 Gen trägt. Alle Muskelscheiben wurden für 20 Tage in osteogenem Medium kultiviert. Die Evaluation erfolgte durch die Untersuchung der Aktivität der Alkalischen Phosphatase im Muskelgewebe, durch eine real-time PCR Analyse der Expression von wichtigen Knochenmarkergenen wie Osteocalcin, Osteopontin, Bone Sialoprotein und Kollagen I und durch das Anfertigen von histologischen Präparaten, die mit Alizarin Rot angefärbt wurden, um eine Mineralisierung des Gewebes sichtbar zu machen.

Ergebnisse und Schlussfolgerungen: Der Alkalische Phosphatase Test ergab eine hohe Aktivität für die Gruppe der mit BMP-2 aktivierten Muskelgewebestücke. In den unbehandelten, wie auch in den GFP-transduzierten Geweben war keine Alkalische Phosphatase nachweisbar. Die real-time PCR Messungen zeigten, dass die Knochenmarkergene im BMP-2 aktivierten Muskel deutlich stärker exprimiert wurden als in den Kontrollgruppen. Für Osteocalcin wurde beispielsweise ein 1400-fach höheres Expressionslevel ermittelt. Durch die histologische Untersuchung konnte im Gegensatz zu den Kontrollgruppen eine starke Mineralisierung des mit BMP-2 aktivierten Muskelgewebes nachgewiesen werden.

Die Ergebnisse dieser Studie zeigen, dass adenovirale BMP-2 Transduktion zur Osteoinduktion in Muskelgewebestücken führt.