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Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2012)

23.10. - 26.10.2012, Berlin

Chondrogene Differenzierung humaner mesenchymaler Stammzellen mit einer hochaffinen Variante (R57A) des Wachstumsfaktors GDF-5 in vitro

Meeting Abstract

  • presenting/speaker Fabian Gilbert - Orthopädische Klinik, König-Ludwig-Haus, Orthop. Zentrum für Muskuloskelettale Forschung, Lehrstuhl für Orthopädie der Universität Würzburg, Würzburg, Germany
  • Manuela Kunz - Orthopädische Klinik, König-Ludwig-Haus, Orthop. Zentrum für Muskuloskelettale Forschung, Lehrstuhl für Orthopädie der Universität Würzburg, Würzburg, Germany
  • Maximilian Rudert - Orthopädische Klinik, König-Ludwig-Haus, Orthopädisches Zentrum für Muskuloskelettale Forschung, Lehrstuhl für Orthopädie der Universität Würzburg, Würzburg, Germany
  • Joachim Nickel - Lehrstuhl für Tissue Engineering und Regenerative Medizin, Julius-Maximilians-Universität, Würzburg, Würzburg, Germany
  • Andre Steinert - Orthopädische Klinik, König-Ludwig-Haus, Orthop. Zentrum für Muskuloskelettale Forschung, Lehrstuhl für Orthopädie der Universität Würzburg, Würzburg, Germany

Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2012). Berlin, 23.-26.10.2012. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2012. DocGR19-534

DOI: 10.3205/12dkou489, URN: urn:nbn:de:0183-12dkou4897

Published: October 2, 2012

© 2012 Gilbert et al.
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Fragestellung: Stammzellbasierten Therapieverfahren zur Knorpelregeneration fehlt es an idealen Wachstumsfaktoren bzw. Trägermaterialien um ein langzeitstabiles hyalines Knorpelregenerat zu induzieren. In Vorarbeiten konnten wir Mitglieder der TGF-b? Superfamile, wie z.B. BMP-2, als Induktoren der Chondrogenese von mesenchymalen Stammzellen (MSCs) in vitro identifizieren, allerdings mit Ausbildung eines hypertrophen bzw. osteogenen Phänotyps. In dieser Studie testeten wir das chondrogene Differenzierungspotential einer neuen hochaffinen Variante (R57A) des Wachstumsfaktor GDF5 (growth and differentiation factor 5), welche durch Austausch einer Aminosäure (Alanin zu Arginin an Stelle 57), eine ca. 15-20 erhöhte Affinität zum Typ I BMP Rezeptor IA (BRIA) gegenüber dem Wildtypprotein besitzt

Methodik: Die Isolation mesenchymaler Stammzellen erfolgte aus überschüssiger Spongiosa nach Hüft TEP Operationen (Patientenalter zwischen 33-65 Jahren). Nach Expansion wurden die Zellen in Pelletkulturen überführt und in 6 verschiedene Gruppen eingeteilt. Die Induktion der Chondrogenese erfolgte mit Wildtyp GDF5 in Konzentrationen von 500 ng/ml und 1000 ng/ml und den gleichen Konzentrationen für die Variante R57A. Als Kontrolle dienten die Zugabe von TGFb1? mit einer Konzentration von 10 ng/ml und eine Gruppe ohne die Zugabe von Wachstumsfaktoren. Medienwechsel mit Zugabe frischen Proteins erfolgten alle 2 - 3 Tage. Die Pelletaggregate wurden zu verschiedenen Zeitpunkten durch histologische, immunhistochemische, biochemische und RT-PCR Analyse auf chondrogene Differenzierung und Hypertrophie untersucht.

Ergebnisse und Schlussfolgerungen: Die Stimulation humaner MSCs mit der Variante R57A des Wachstumsfaktors GDF5 zeigte in den Pelletkulturen eine dosisabhängige stärkere Induktion der chondrogenen Differenzierung. Was sich in einer stärkeren Anfärbung für Proteoglykane und Kollagen Typ II zeigte, des Weiteren konnten größere Mengen an GAG/DNA und einer erhöhten Expression von chondrogenen typischen mRNAs nachgewiesen werden. Der Grad der chondrogenen Differenzierung durch Stimulation mit R57A entsprach in etwa dem der Induktion mit TGFb1, bei insgesamt geringerer Hypertrophie.

Schlussfolgerungen: Die hochaffine Variante R57A des Wachstumsfaktor GDF5 ist ein stärkerer Induktor der Chondrogenese in humanen MSCs als der Wildtyp. Für zukünftige MSC-basierte Therapieverfahren zur Knorpelregeneration stellt dieser hochaffine Wachstumsfaktor daher eine interessante Alternative dar. Weitere tierexperimentelle Ansätze müssen zeigen ob eine suffiziente hyaline Knorpelregeneration in Verbindung mit geeigneten Trägermaterialien in vivo gelingen kann.