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Fragestellung: Skelettmuskulatur stellt eine gut zugängliche Quelle multipotenter Stammzellen dar. Das Potential zur knöchernen Regeneration dieser humanen muscle-derived stem cells (hMDSCs) wurde in vivo demonstriert. Diese Eigenschaft der hMDSC wurde jedoch bisher nicht hinreichend zu aus Knochenmark gewonnenen humanen mesenchymalen Stammzellen (hBMMSCs) verglichen. Ziel dieser Studie war die vergleichende Untersuchung der Fähigkeit zur Knochenregeneration zwischen lenti-BMP2 transduzierten hMDSCs und hBMMSCs in einem murinen Kalottendefektmodell.

Methodik: Jeweils vier Populationen von hMDSCs und hBMMSCs wurden nach etablierten Protokollen isoliert und expandiert. Alle Zellen wurden mit einem lenti-BMP2 Virus infiziert. Die BMP2 Sekretion wurde mittels ELISA analysiert und mittels semiquantitativer RT-PCR wurde die Genexpression von hMDSCs und hBMMSCs vor und nach Virustransduktion gemessen.

32 CD-1 nude mice wurden in 2 Gruppen aufgeteilt, ein parietaler Kalottendefekt kritischer Größe wurde erzeugt und Zellen wurden mit Fibrinkleber vermischt appliziert. In Gruppe 1 wurden hMDSCs und in Gruppe 2 hBMMSCs eingebracht. Mittels Micro-CT erfolgte die radiologische Analyse des Knochenvolumens und der Defektüberbrückung nach 1, 14, 28 und 42 Tagen. Nach Euthanasie wurden der Gehalt an Typ 1 Kollagen mittels Herovici-Färbung und Knochenregeneration mittels H&E Färbung ermittelt. Zum Vergleich der Zellen verschiedener Ursprünge wurde eine ANOVA Analyse und zum Vergleich der Knochenregeneration zwischen verschiedenen Zellpopulationen ein T-Test durchgeführt

Ergebnisse: Die Sekretion von BMP2 in den verschiedenen hMDSC Populationen geringer als bei hBMMSCs. hMDSCs zeigten ähnliche Expression von Genen der Osteogenese wie BMPR2, BMPR1b, COX-2 und SOX-9 wie hBMMSCs. Durch lenti-BMP2 Transduktion wurde die COX-2 Expression in beiden Zelltypen gesteigert. Alle vier Populationen lenti-BMP2 transduzierter hMDSCs bewiesen ein zu hBMMSCs vergleichbares Potential zur Knochenregeneration. Auch zwischen den verschiedenen Populationen beider Zelltypen wurden keine Unterschiede in regeneriertem Knochenvolumen und Defektüberbrückung nachgewiesen. In der histologischen Auswertung zeigte sich der Gehalt von Kollagen Typ 1 in der Knochenmatrix vergleichbar zur Matrix des umgebenden Knochen. Durch den Nachweis multinukleärer Osteoklasten im Knochenmark wurde mittels H&E Färbung ein Remodeling des Knochens in beiden Gruppen nachgewiesen.

Schlussfolgerung: Diese Ergebnisse zeigen, das hMDSC nach genetischer Modifikation mittels lenti-BMP2 ein zu gleichfalls transduzierten hBMMSC vergleichbares Potential zur Induktion einer knöchernen Regeneration in einem murinen Kalottendefektmodell besitzen. hMDSCs könnten eine vielversprechende Quelle humaner, adulter Stammzellen zur Regeneration knöcherner Defekte sein und sollten diesbezüglich im Rahmen weiterer Studien untersucht werden.