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Beitrag systemisch applizierter mesenchymaler Stammzellen zur Frakturheilung im Mausmodell
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Veröffentlicht: | 23. Oktober 2013 |
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Fragestellung: Trotz großer Fortschritte in der Behandlung treten bei 5 - 10% aller Frakturen im Verlauf der Frakturheilung Komplikationen bis hin zur Ausbildung von Pseudarthrosen auf (Einhorn 1995; J Bone Joint Surg [Am]). Mesenchymale Stammzellen (MSC) stellen eine vielversprechende Möglichkeit zur Behandlung von Frakturen und Knochendefekten dar. Im Zusammenhang mit Osteogenesis imperfecta wurde eine positive Wirkung auf die Knochenbildung nach systemischer MSC-Applikation beschrieben (Sensebe et al. 2010; Vox Sanguinis). Experimentell konnte gezeigt werden, dass endogene, zirkulierende Progenitorzellen aus dem Blut zum Ort der Fraktur rekrutiert werden und zur Heilung beitragen (Kumagai et al 2008; J Orthop Res).
Der Beitrag systemisch applizierter MSC an der Frakturheilung ist bislang noch nicht vollständig aufgeklärt und wurde daher in dieser Studie an einem standardisierten Frakturmodell an der Maus untersucht.
Methodik: Die Studie wurde an 12 Wochen alten, männlichen C57BL/6J-Mäusen durchgeführt. Die rechten Femora der Mäuse wurden osteotomiert und mittels Fixateur externe stabilisiert. Nach der Osteotomie wurden 1x106 EGFP-markierte, CD11b-depletierte MSC in 100 µl PBS mit 10 IE Heparin (n=26) bzw. 100 µl PBS mit 10 IE Heparin als Kontrolle (n=28) in die laterale Schwanzvene injiziert. Die Tötung der Tiere erfolgte nach 3, 10 und 21 Tagen. An Tag 21 wurden die Frakturkalli mittels Dreipunkt-Biegeprüfung mechanisch getestet und mikrocomputertomographisch untersucht. An allen Zeitpunkten wurden histomorphometrische Analysen durchgeführt. In die Analysen der MSC-Gruppe gingen ausschließlich Tiere ein, bei denen das EGFP-Transgen durch PCR in DNA aus Lungenlysaten nachgewiesen werden konnte. Statistik: Mann-Whitney-U-Test; Signifikanzniveau p<0,05
Ergebnisse und Schlussfolgerung: Nach 21 Tagen konnte in der µCT-Analyse in der MSC-Gruppe eine signifikante Erhöhung des Knochenvolumens im Osteotomiespalt um 65% detektiert werden (p=0,025). Die Knochenmineraldichte, das Kallusvolumen und der relative Knochenanteil am Kallus waren in der MSC-Gruppe tendenziell höher (38%, 18% und 26%) als in der Kontrollgruppe. In den histomorphometrischen Analysen wurde zu keinem Zeitpunkt ein signifikanter Unterschied detektiert. Auch die mechanischen Eigenschaften wurden nicht signifikant beeinflusst.
Durch die Transplantation der MSC wurde signifikant mehr Knochen gebildet, was auf eine anabole Wirkung hindeutet, wenn auch die Effekte insgesamt vergleichsweise gering waren. Ob der Effekt direkt auf die MSC oder auf trophische Faktoren zurückgeht, muss noch aufgeklärt werden.