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Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2013)

22.10. - 25.10.2013, Berlin

In vitro-Untersuchungen einer Matrix aus dezellularisiertem Schweineknorpel für die zellfreie in situ-Regeneration von Knorpeldefekten: Interaktion mit humanen chondrogenen Progenitorzellen

Meeting Abstract

  • presenting/speaker Helga Joos - Universitätsklinikum Ulm, Klinik für Orthopädie, Sektion Biochemie der Gelenks- und Bindegewebserkrankungen, Ulm, Germany
  • Esther Schäfer - Universitätsklinikum Ulm, Klinik für Orthopädie, Sektion Biochemie der Gelenks- und Bindegewebserkrankungen, Ulm, Germany
  • Silke Schwarz - Universitätsklinikum Ulm, Klinik für Hals-Nasen-Ohrenheilkunde, Ulm, Germany
  • Nicole Rotter - Universitätsklinikum Ulm, Klinik für Hals-Nasen-Ohrenheilkunde, Ulm, Germany
  • Ludwig Körber - Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, Lehrstuhl für Bioverfahrenstechnik, Erlangen, Germany
  • Andreas Seitz - Universitätsklinikum Ulm, Institut für Unfallchirurgische Forschung und Biomechanik, Ulm, Germany
  • Lutz Dürselen - Universitätsklinikum Ulm, Institut für Unfallchirurgische Forschung und Biomechanik, Ulm, Germany
  • Rolf Brenner - Universitätsklinikum Ulm, Klinik für Orthopädie, Sektion Biochemie der Gelenks- und Bindegewebserkrankungen, Ulm, Germany

Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2013). Berlin, 22.-25.10.2013. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2013. DocPO14-988

doi: 10.3205/13dkou639, urn:nbn:de:0183-13dkou6395

Veröffentlicht: 23. Oktober 2013

© 2013 Joos et al.
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Gliederung

Text

Fragestellung: Aufgrund des geringen Regenerationspotentials von artikulärem Knorpel ziehen Knorpeldefekte häufig eine Gelenkarthrose nach sich. Als therapeutische Optionen stehen aktuell die autologe Chondrozytentransplantation, die osteochondrale Gewebetransplantation und die AMIC-Technologie, die auf der matrixinduzierten Einwanderung von Knochenmarkszellen nach Anbohrung des subchondralen Knochens beruht, zur Verfügung. Als Alternative zu diesen Ansätzen stellt sich die Möglichkeit dar, knorpelständige migrative Progenitorzellen (CPC) zu rekrutieren. Durch Einbringen geeigneter Matrices in den Knorpeldefekt soll die Migration und Differenzierung von CPC sowie die Neusynthese knorpelspezifischer Matrixkomponenten begünstigt werden. Dieser alternative Therapieansatz wurde in-vitro anhand einer Matrix aus dezellularisiertem Schweineknorpel (pNSC, porcine nasal septum cartilage) getestet.

Methodik: Aus arthrotischem, makroskopisch intaktem Knorpel von Knieendoprotheseoperationen wurden CPC durch Auswachsen isoliert und expandiert. Die pNSC wurde mit den gewonnenen CPC besiedelt und der Einfluss verschiedener Medien (Basalmedium: BM; chondrogenes Differenzierungsmedium: CDM; Nonhematopoietic stem cell media, Miltenyi: NH) sowie der Kultivierungsdauer bestimmt. Es wurde die Genexpression matrix- und degradationsrelevanter Gene mittels quantitativer real-time PCR analysiert (COL1, COL2, ACAN, MMP1) und (immun-)histochemisch die Bildung von Matrixkomponenten untersucht (Safranin O-Färbung, Kollagen Typ I). Zur Beurteilung der biomechanischen Eigenschaften der besiedelten pNSC wurde das Aggregat- und Elastizitätsmodul sowie die Permeabilität unter Druckbelastung bestimmt.

Ergebnisse und Schlussfolgerung: Während BM und CDM die COL1A1-Genexpression tendenziell verringerte, begünstigte NH sowohl die COL2A- als auch ACAN-Genexpression. Nach 4-6 w (Wochen) wurde die MMP1-Genexpression durch CDM und NH erniedrigt, während BM zu einer Verstärkung führte. Nach 2 (NH) bzw. 4 (CDM) w konnte histochemisch eine Einwanderung in die pNSC und Proteoglykan (PG)-Synthese durch die CPC gezeigt werden, wobei die PG-Färbung bei NH stärker ausgeprägt war. In BM war eine geringere Migration und PG-Bildung festzustellen. Eine nach 2 w oberflächlich (CDM+NH) und an einwandernden Zellen (NH) beobachtete Kollagen Typ I-Expression ging im Verlauf der Kultivierung zurück. Biomechanisch konnte ein erhöhtes Aggregatmodul und eine verringerte Permeabilität bei besiedelten Scaffolds beobachtet werden, NH führte zu einer Erhöhung des Elastizitätsmoduls.

Es konnte gezeigt werden, dass CPC eine pNSC-Matrix besiedeln, darin knorpeltypische Matrixkomponenten exprimieren und die biomechanischen Eigenschaften des Konstrukts verbessern. Kultivierung mit Serum und Wachstumsfaktoren (NH) fördert diese Eigenschaften am besten. Damit zeigt sich pNSC als vielversprechende Matrix für die zellfreie in situ-Regeneration von Knorpeldefekten, die möglicherweise zusätzlich durch Integration von Wachstumsfaktoren unterstützt werden kann.