gms | German Medical Science

Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie, 75. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Unfallchirurgie, 97. Tagung der Deutschen Gesellschaft für Orthopädie und Orthopädische Chirurgie, 52. Tagung des Berufsverbandes der Fachärzte für Orthopädie und Unfallchirurgie

25. - 28.10.2011, Berlin

Chondrogene Differenzierung von mesenchymalen Stammzellen auf Kollagen II-Nanofaserscaffolds

Meeting Abstract

  • R. Hallinger - Orthopädische Klinik König-Ludwig-Haus, Abt. Tissue Engineering/Regenerative Medizin, Universität Würzburg, Würzburg, Germany
  • S. Schürlein - Orthopädische Klinik König-Ludwig-Haus, Abt. Tissue Engineering/Regenerative Medizin, Universität Würzburg, Würzburg, Germany
  • R. Broermann - Orthopädische Klinik König-Ludwig-Haus, Abt. Tissue Engineering/Regenerative Medizin, Universität Würzburg, Würzburg, Germany
  • M. Rudert - Orthopädische Klinik König-Ludwig-Haus, Abt. Tissue Engineering/Regenerative Medizin, Universität Würzburg, Würzburg, Germany
  • U. Nöth - Orthopädische Klinik König-Ludwig-Haus, Abt. Tissue Engineering/Regenerative Medizin, Universität Würzburg, Würzburg, Germany
  • L. Rackwitz - Orthopädische Klinik König-Ludwig-Haus, Abt. Tissue Engineering/Regenerative Medizin, Universität Würzburg, Würzburg, Germany

Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie. 75. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Unfallchirurgie, 97. Tagung der Deutschen Gesellschaft für Orthopädie und Orthopädische Chirurgie, 52. Tagung des Berufsverbandes der Fachärzte für Orthopädie. Berlin, 25.-28.10.2011. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2011. DocPO14-1406

DOI: 10.3205/11dkou605, URN: urn:nbn:de:0183-11dkou6055

Published: October 18, 2011

© 2011 Hallinger et al.
This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License (http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/deed.en). You are free: to Share – to copy, distribute and transmit the work, provided the original author and source are credited.


Outline

Text

Fragestellung: Zell-Scaffold Interaktionen regulieren Zelladhäsion, -proliferation und -differenzierung von mesenchymalen Stammzellen (MSZ) und spielen eine wichtige Rolle in der matrix-basierten Knorpelregeneration. Keiner der im klinischen Einsatz befindlichen Zellträger vereint aber die biochemische Komposition als auch die ultrastrukturellen Aspekte von hyalinem Gelenkknorpel.

In der vorliegenden Arbeit wurde der Einfluß von elektrogesponnenen Kollagen II-Nanofaser-Scaffolds (NFS) auf die chondrogene Differenzierung von MSZ untersucht.

Methodik: Kollagen II wurde aus Kniegelenkknorpel von Kälbern isoliert und aufgereinigt. Mittels Elektrospinning wurden Kollagen II-NFS (8 x 1 mm) hergestellt und diese jeweils mit 2 x 105 MSZ besiedelt. Anschließend erfogte die Kultivierung in einem serumfreien, chemisch definierten Zellkulturmediummedium ohne oder mit Zusatz von TGF-ß1 über 3 Wochen. Zu definierten Zeitpunkten wurde die Zellproliferation (DNA-Gehalt), die chondrogene Markergenexpression (RT-PCR: u.a. Sox-9, AGN, Col II) und die Akkumulation knorpelspezifischer Glukosaminoglykane histochemisch untersucht.

Ergebnisse und Schlussfolgerungen: Durch Modifikationen der Ausgangsparameter (Kollagen II-Ausgangskonzentration, Lösungsmittel etc.) konnte ein stabiler Elektrospinning-Prozeß zur Herstellung homogener Nanofasern aus Kollagen II mit einem mittleren Durchmesser von ca. 200 nm, wie sie in nativem Gelenkknorpel vorliegen, erreicht werden. Ohne Einfluss eines chondrogenen Wachstumsfaktors konnte die Expression früher knorpeltspezifischer Markergene (SOX-9, Chondroadherin) nachgewiesen werden, innerhalb der Zellkulturdauer konnte jedoch die Expression von AGN (Aggrekan) und Coll II (Kollagen II) nicht sicher nachgewiesen werden. Unter Verwendung von TGF-ß1 kommt es jedoch zu einem definierten chondrogenen Differenzierung mit zeitabhängiger Expression der o.g. Markergene. Histologisch konnte die Synthese einer knorpelspezifischen Extrazellulärmatrix nachgewiesen werden. Durch die Electrospinning-Technik ist es möglich biomimetische Kollagen II-NFS herzustellen, die strukturelle und biochemische Charakteristika der Extrazellulärmatrix von nativem Gelenkknorpel aufweisen. Eine definierte chondrogene Differenzierung von MSZ auf den Kollagen Typ II-NFS konnte unter Zugabe eines chondrogenen Wachstumsfaktors nachgewiesen werden. Ob durch Kollagen Typ II-Nanofasern frühe pro-chondrogene Zell-Matrix Interaktionen vermittelt werden wird derzeitig durch Analysen intrazellulärer Signalkaskaden (RhoA/ROCK), die über fokale Adhäsionskomplexe vermittelt werden, untersucht.