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Fragestellung: Die Interaktion der Oberfläche mit dem umgebenden Gewebe ist einer der wichtigsten Faktoren für eine erfolgreiche ossäre Integration von Implantaten, insbesondere in der Endoprothetik. Neben Studien zur weiteren Optimierung der Oberflächenstruktur von Endoprothesen, wird auch die Beschichtung von Implantaten mit organischen oder biologischen Materialien beforscht. Ist die Implantatoberfläche so gestaltet, dass sie Osteoblasten bzw. deren Vorläuferzellen anlockt und ein Anwachsen dieser Zellen und deren Differenzierung in reife Osteoblasten begünstigt, sollte das Implantat schneller und stabiler in das umgebende Knochengewebe einwachsen. Zugleich sollte aber durch die Beschichtung keine zusätzliche Grenzschicht entstehen. In einer Publikation wurde gezeigt, dass Laminin-5 die osteogene Differenzierung von humanen mesenchymalen Stammzellen (MSC) begünstigt. In der hier vorliegenden Studie wurde daher untersucht, ob Laminin-5 die Haftung humaner MSC, deren osteogene Differenzierung und Mineralisierung im Vergleich zu anderen Proteinen auch unter GMP-Bedingungen triggert.

Methodik: Die für die in vitro-Versuche benötigten MSC wurden aus humanem Knochenmark von 9 Spendern gewonnen, unter GMP-Bedingungen kultiviert, charakterisiert und differenziert. Für die Haftungsversuche wurden Plastikträger mit dem jeweiligen Protein (Laminin-5, Laminin-1, Kollagen I) unterschiedlicher Konzentrationen beschichtet. Unbeschichtete Träger dienten als Kontrolle. Nach Zugabe der MSC wurde deren Haftung auf den jeweiligen Beschichtungen gemessen. Das osteogene Differenzierungspotential der MSC wurde beschichtungsabhängig in osteogenem Differenzierungsmedium (14 Tage Inkubation) untersucht und mittels von Kossa-Färbung visualisiert. Weiterhin wurde die Expression osteogener Markergene (alkalische Phosphatase, RUNX2 und Osteopontin) durch die quantitative RT-PCR analysiert.

Ergebnisse und Schlussfolgerungen: Für die Experimente konnten die MSC nach durchschnittlich 31 Tagen (3. Passage) verwendet werden. Im Rahmen der Haftungsversuche erwies sich eine auf die Platten aufgebrachte Proteinmenge von etwa 5 fmol/spot als untere Schwelle für eine nachweisbare MSC-Haftung. Alle drei untersuchten Proteine führten dabei im Vergleich zur Kontrolle zu einer deutlich besseren MSC-Haftung, wobei Laminin-5 gegenüber Kollagen-1 und Laminin-1 nicht überlegen war. Ein ähnliches Bild zeigte sich bei der osteogenen Differenzierung in der von Kossa-Färbung. Nach der Differenzierung der MSC auf Kollagen I wurden die Markergene AP, RUNX2 sowie Osteopontin am stärksten exprimiert. Auf Laminin-5, Laminin-1 und Kunststoff war die Expression der Gene auf einem ähnlichen Niveau.

Die Beschichtung der Träger mit Laminin-5, -1 oder mit Kollagen begünstigt die Haftung von MSC und deren osteogene Differenzierung. Unter GMP-Bedingungen stellt Laminin-5 aber keine Verbesserung gegenüber den anderen Beschichtungen dar. Kollagen-1 ist für klinische Anwendungen zugelassen. Daher ist es das bevorzugte Beschichtungsmaterial für unsere weiteren Studien.