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

Der Einfluss von TGF-β1 und IGF-1 auf die chondrogene Re-Differenzierung von humanen Knorpelzellen in einer Pelletkultur

Meeting Abstract

  • A. Jonitz - Universität Rostock, Orthopädische Klinik und Poliklinik, Rostock, Germany
  • S. Finze - Universität Rostock, Orthopädische Klinik und Poliklinik, Rostock, Germany
  • D. Hansmann - Universität Rostock, Orthopädische Klinik und Poliklinik, Rostock, Germany
  • K. Lochner - Universität Rostock, Orthopädische Klinik und Poliklinik, Rostock, Germany
  • W. Mittelmeier - Universität Rostock, Orthopädische Klinik und Poliklinik, Rostock, Germany
  • R. Bader - Universität Rostock, Orthopädische Klinik und Poliklinik, Rostock, 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. DocPO15-881

DOI: 10.3205/11dkou623, URN: urn:nbn:de:0183-11dkou6238

Published: October 18, 2011

© 2011 Jonitz 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: Bei Verwendung artifizieller Matrices zum Tissue Engineering von hyalinem Knorpel kommt es häufig zu einer inhomogenen Zellverteilung sowie zur unvollständigen Resorption der Matrix. Neuartige Strategien der ACT in Form von Pelletkulturen umgehen diese Probleme. Durch die 3D Struktur des Zellverbandes können die in-vitro kultivierten Knorpelzellen ihren chondrogenen Phänotyp optimaler ausbilden. Hierbei können Wachstumsfaktoren die Expression von Kollagen 2 (Col 2) und Glykosaminoglykanen (GAG) und somit die chondrogene Re-Differenzierung beeinflussen.

In dieser in-vitro Studie wurde der Einfluss von IGF-1 und TGF-β1 sowie die Kombination beider Wachstumsfaktoren auf die Synthese von Col 2 und GAGs quantifiziert und die Zusammensetzung der Extrazellulärmatrix (EZM) in der Pelletkultur beurteilt.

Methodik: Für die Versuche wurden humane, primäre Chondrozyten aus Patientengewebe isoliert. In der 3. Zellpassage wurden jeweils 5x105 Zellen mit den Wachstumsfaktoren in eine Suspensionsplatte überführt und bei 37 °C, 5% CO2 inkubiert. Nach 2 bzw. 5 Wochen erfolgte der Nachweis von synthetisiertem Col 2 mittels ELISA und immunhistologischer Färbung sowie von GAGs mittels Blyscan und Alcian-Blau Färbung.

Ergebnisse und Schlussfolgerungen: Die GAG-Synthese der IGF-1 Gruppe war nach 2 Wochen (MW±SD: 0,26±0,18 µg/ml) im Vergleich zur TGF-β1- (MW±SD: 1,55±0,59 µg/ml) und TGF-β1 + IGF-1 (MW±SD: 1,7±0,26 µg/ml) Gruppe signifikant (p=0,018) reduziert. Diese Unterschiede zeigten sich auch nach 5 Wochen (p=0,021). Mittels Alcian-Blau Färbung konnten in der IGF-1 Gruppe keine GAGs nachgewiesen werden. Dagegen zeigten TGF-β1 und TGF-β1 + IGF-1 stimulierte Pellets an beiden Zeitpunkten eine positive Alcian-Blau Färbung.

Die Synthese von Pro-Kollagen Typ 2 war nach 2 Wochen Stimulation in allen 3 Gruppen ähnlich. Nach 5 Wochen konnten jedoch für die TGF-β1- (MW±SD: 557±76 ng/ml) und TGF-β1 + IGF-1 (MW±SD: 435±112 ng/ml) stimulierten Pellets eine signifikant (p=0,008) höhere Syntheserate nachgewiesen werden als für die IGF-1 Gruppe (MW±SD: 234±92 ng/ml). Bei IGF-1 stimulierten Pellets ging die Pro-Kollagen Typ 2 Synthese nach 5 Wochen deutlich zurück, was sich auch in der Col 2 Färbung zeigte. In der TGF-β1- und TGF-β1 + IGF-1 Gruppe wurde an beiden Zeitpunkten eine intensive Anfärbung von Col 2 beobachtet.

Die Ergebnisse belegen, dass es durch die unterschiedliche Zugabe der Wachstumsfaktoren zu einem deutlichen Unterschied in der Zusammensetzung der EZM kommt. Nach Stimulation mit TGF-β1 ist im Vergleich zu IGF-1 in den Pellets ein hoher Anteil an EZM-Komponenten hyalinen Knorpels nachweisbar. Ein additiver Effekt auf die Bildung der EZM durch TGF-β1 und IGF-1, wie es in der Literatur beschrieben wird, konnte in unserer Untersuchung nicht nachgewiesen werden. Zusammenfassend wurde insbesondere unter Zugabe von TGF-β1 ein signifikant positiver Effekt auf die chondrogene Re-Differenzierung von Knorpelzellen bzw. die EZM-Synthese in den Pelletkulturen beobachtet.