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Fragestellung: Verlust von Knorpelgewebe durch Trauma oder altersbedingte Degeneration stellt ein alltägliches klinisches Problem, nicht nur in der Handchirurgie, dar. Die Möglichkeiten zur Regeneration von hyalinem Knorpelgewebe in vivo sind stark begrenzt, so dass dieser häufig durch mechanisch minderwertigen Faserknorpel ersetzt wird. In diesem Zusammenhang bietet das Tissue-Engineering vielversprechende Möglichkeiten. Die Differenzierung von humanen mesenchymalen Stammzellen, somit auch von ASCs (Adipose derived Stem Cells), zu Chondrozyten konnte bereits in vitro gezeigt werden. Bisher beschränken sich diese Ansätze jedoch meist auf eine Induktion der Differenzierung durch entsprechende Wachstumsmedien oder durch die Verwendung spezieller Scaffolds und Matrices. Wir haben uns daher mit der Frage beschäftigt, in wie weit eine solche Induktion auch durch mechanische Reize auf die plane Zellkultur möglich ist.

Methoden: In dieser Studie wurde der Einfluss von mechanischen Reizen auf die chondrogene Differenzierung von humanen ASCs aus Lipoaspiraten und humanen Chondrozyten aus Hüftgelenken genauer untersucht. Als mechanischer Stimulus wurde eine Versuchsgruppe Zugkräften (FlexCell®-Tension-System, Hillsborough, NC, USA) und eine andere Gruppe mechanischem Druck in Form von Resin-Rod-Stempeln (Helmholtz-Institut für Biomedizinische Technik, Aachen, Germany) ausgesetzt. Die mechanische Belastung wurde täglich für fünf Stunden, über einen Zeitraum von 21 Tagen durchgeführt. Als Kontrolle dienten identische Zellkulturen, welche über den gleichen Zeitraum ohne mechanischen Stimulus kultiviert wurden.

Ergebnisse: Die Auswertung mittels Micro-RNA-Arrays konnte signifikante Expressionsunterschiede unter anderem von BMP4 (Bone Morphogenetic Protein), COMP (Cartilage Oligomeric Matrix Protein), MMP8 (Matrix Metalloproteinase-8) und CHI3L1 (Human Chitinase 3-like 1), vor und nach einer chondrogenen Differenzierung nachweisen. Für einen Teil dieser Gene und Faktoren wurden bereits chondro- und osteogene Differenzierungseigenschaften bei MSCs angenommen. Neben der Genexpression wurde die Exkretion der entsprechenden Proteine mittels ELISA nachgewiesen.

Schlussfolgerungen: Die chondrogene Differenzierung von ASCs mit Hilfe mechanischer Reize stellt ein neues Feld im Bereich des Tissue-Engineerings von humanem Knorpelgewebe dar und bietet somit neue Entwicklungsmöglichkeiten in der regenerativen Plastischen Chirurgie.