gms | German Medical Science

Fragestellung: Die fehlende Nährstoffversorgung im Inneren eines 3D Konstruktes ist nach wie vor eine der größten Herausforderungen für das Tissue Engineering (TE) des Knochens. Neben einer Vielzahl unterschiedlicher Versuchsmodelle, z.B. Material und Design von Scaffolds oder Kokulturen, ist die Expression zahlreicher Faktoren für die Zell-Zell und/oder Zell-Matrix Interaktionen von entscheidender Bedeutung für eine erfolgreiche Neovaskularisierung des Konstruktes.

Jedoch verändern Osteoblasten, je nach Differenzierungsgrad und/oder Dimension der Kultivierung, 2D vs. 3D, das Expressionsprofil von Cytokinen, Adhäsionsmolekülen, Lektinen und Wachstumsfaktoren. Bisher gibt es nur wenig Angaben in der Literatur, welchen Einfluss das Kulturmodell auf die Expression von FGF-2, VEGF-A, VEGFR-1, N-cadherin (N-cad), VE-cadherin (VE-cad), TNF α, Integrin-Untereinheit (IU) α 4 und β 1, sialyl Lewis X (sLeX) und Galektin-3 (Gal-3) haben.

Ziel dieser Studie ist deshalb die Untersuchung des Expressionsprofils von, für die Gefäßneubildung relevanten Faktoren an osteoblastären Zellen unter Berücksichtigung unterschiedlicher Kultivierungsmodelle wie 2D vs. 3D Kultivierung in der Langzeitkultur.

Methodik: Primäre humane Osteoblasten (5 Patienten) wurden aus Hüftkopfspongiosa mittels Explantat-Methode isoliert. Die Zellen wurden sowohl in Monolayerkulturen (2D-HOB) als auch in dreidimensionalen trägerfreien Langzeitkulturen (3D-HOB) über einen Zeitraum von 30 Wochen mit osteogenem Medium kultiviert. FGF-2, VEGF-A, VEGFR-1, N-cad, VE-cad, TNF α, IU α 4 und β 1, sLeX und Gal-3 wurden mittels Immunhistochemie und spezifischen Antikörpern auf Objektträgern bei 2D-Kulturen und Cryoschnitten bei 3D Kulturen nachgewiesen. Die Auswertung erfolgte semiquantitativ nach dem Remmele Score.

Ergebnisse und Schlussfolgerung: Alle Testmodelle wurden auf den osteogenen Phänotyp überprüft. FGF-2, N-cad, IU α 4 und β 1, sLeX sowie Gal-3 zeigten im 2D HOB keine Reaktion, jedoch war im 3D HOB eine mittlere bis starke Expression bei 60-100% der Zellen nachweisbar. Sialyl Lewis X war im 2D HOB (sehr schwach) als auch im 3D HOB (stark) exprimiert. Bei VEGF-A und TNF α zeigten beide Modelle bei 90-100% der Zellen eine starke Reaktion, VEGFR-1 war uneinheitlich.

FGF-2, N-cad, IU α 4 und β 1, sLeX sowie Gal-3 gehören zu den wichtigen Angiogenese-assoziierten Faktoren. Die Tatsache, dass wir in unserer Studie eine positive Reaktion dieser Faktoren in den 3D HOB, nicht aber in den 2D HOB, nachweisen konnten, zeigt, dass ein Zusammenhang zwischen der Wahl des Kulturmodells und der damit verbundenen Differenzierung und/oder des Expressionsprofils - zumindest bei osteoblastären Zellen - besteht.

Die Ergebnisse der vorliegenden Studie sind von entscheidender Bedeutung für alle Untersuchungen über die Mechanismen der Neovaskularisierung.