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Direkter adenoviraler Gentransfer von Indian Hedgehog zur Induktion der Gelenkknorpelregeneration in vivo
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Veröffentlicht: | 23. Oktober 2013 |
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Fragestellung: In vorhergehenden Studien konnten wir die chondrogene Wirkung verschiedener Bone Morphogenetic Proteins (BMPs) in vitro und in vivo zeigen. Begleitend wurde die hypertrophe Differenzierung analog zu den Vorgängen in der Wachstumsfuge, sowie das Risiko der Osteophytenbildung durch in vivo BMP-2 Gentransfer beobachtet. Die Eignung von BMPs als chondrogener Induktor ist als kritisch anzusehen. Vielversprechend erscheint Indian Hedgehog (IHH), welches regulierende Funktion innerhalb der Wachstumsfuge besitzt. Vorarbeiten zeigten die chondrogene Wirkung von IHH Gentransfer auf mesenchymale Stammzellen. Ziel dieser Studie war die Untersuchung der chondrogenen Wirkung von intralesionalem IHH Gentransfer im Kaninchenmodell.
Methodik: Als Tiermodel wurde ein 3,2 mm osteochondraler Bohrlochdefekt der Trochlea von New Zealand White Rabbits verwendet. Im Rahmen des kontrollierten in vivo Experimentes wurden n = 22 Gelenke aufgeteilt. Die Defektfüllung erfolgte mit, durch Beckenkammaspiration gewonnenen, autologen Knochenmarkkoagulaten unter Zusatz von 1x10^9 infektiösen Partikeln adenoviraler Vektoren, kodierend für IHH (Ad.IHH) oder das nicht chondrogene Markergen Grün fluoreszierendes Protein (Ad.GFP). Nach 8 und 13 Wochen erfolgte die histologische Auswertung (HE, Alzianblau, Polarisations-Lichtmikroskopie, Kollagen Typ I, II und X) durch 3 unabhängige, verblindete Untersucher mittels ICRS-II Score und Histomorphometrie. Die Ergebnisse wurden als Mittelwerte zusammengefasst und die Interreader-Korrelation (Pearson) erfasst. Nicht-normalverteilte Daten (Shapiro-Wilk) erforderten Mann-Whitney U Signifikanztestung.
Ergebnisse und Schlussfolgerung: Nach 13 Wochen zeigten 100% (n= 8/8) Ad.IHH behandelter Gelenke eine hyalin-artige Knorpelreparation. Ad.GFP Kontrollen zeigten Regeneratgewebe geringerer Qualität (n= 6/6). Osteophytenbildung wurde weder in der Ad.IHH Behandlungsgruppe, noch in Ad.GFP Kontrollen beobachtet. Substantielle Effekte (Ad.IHH vs. Ad.GFP) wurden nach 13 Wochen in 11 der 14 ICRS II Parameter, sowie der Kollagen Typ II Histomorphometrie (70.92 vs. 52.19, p .156) beobachtet. Statistische Signifikanz wurde in den Parametern Oberflächenarchitektur (80.58 vs. 44.17, p .028), Formation der Tidemark (56.04 vs. 24.89, p .014), Abnormitäten des subchondralen Knochens (69.37 vs. 39.11, p .020), Abnorme Kalzifikation / Ossifikation (75.50 vs. 58.17, p .020) und Assessment der mittleren und tiefen Zone (69.08 vs. 34.17, p .024) erreicht.
Direkter adenoviraler Gentransfer mit Knochenmarkkoageln ist ein effektives Gentransfersystem für die Regeneration osteochondraler Defekte im Kaninchenmodell. Die Einzeitigkeit des Verfahrens bedingt eine hohe Variabilität der Regenerate, die am ehesten auf die unkontrollierte Verteilung von MSZs im Knochenmarkaspirat zurückzuführen ist. IHH erwies sich als chondrogen in vivo. In Bezug auf eine mögliche klinische Applikation von IHH zur Therapie der Gelenkknorpelläsion ist die Evaluation in Protein-basierten Großtierstudien als nächster Schritt anzusehen.