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Fragestellung: Die Nutzung autologer mesenchymaler Stammzellen (MSCs) in regenerativen Therapieansätzen von Knochendefekten gewinnt zunehmend an Bedeutung. In diesem Zusammenhang könnten multipotente Stammzellen des Fettgewebes (ASCs) eine echte Alternative zu mesenchymalen Stammzellen des Knochenmarks (BMSC) darstellen, da sie minimalinvasiv gewonnen werden können, in ausreichender Menge zur Verfügung stehen und über ein vergleichbares osteogenes Differenzierungspotential verfügen wie BMSCs. Lokale sowie systemische Entzündungsreaktionen korrelieren bekanntlich mit einer erhöhten Generierung reaktiver Sauerstoffspezies (ROS). Aus der Literatur gibt es Hinweise darauf, dass ein mäßiger ROS-vermittelter oxidativer Stress das osteogene Differenzierungspotential fördern kann. Vor diesem Hintergrund wollten wir in einem In-Vitro-Ansatz der Frage nachgehen, welche Rolle oxidativer Stress auf die osteogene Differenzierung von ASCs ausübt.

Methodik: Humane ASCs wurden aus Liposuktionspräparaten isoliert und ihr mesenchymaler Stammzellidentität durch Plastikadhärenz, dem Nachweis spezifischer Oberflächenantigene sowie des Differenzierungspotentials überprüft. Osteogene Differenzierung erfolgte im Standard-Differenzierungsmedium (500 nM Dexamethason, 50 µM Vitamin C, 10 mM beta-Glycerophosphat) und wurde durch Quantifizierung der kalzifizierten Matrix sowie der Expression osteoblastenspezifischer Proteine bestimmt. Zum Nachweis der Rolle reaktiver Sauerstoffspezies wurden in der osteogenen Differenzierung die Antioxidanzien Glutathion (1 mM), N-Azetyl-Cystein (NAC, 1 mM), Katalase (500U), EUK134 (ein synthetisches Superoxid-Dismutase/Katalase Mimetikum, 50 µM), Na-Askorbat (0,5 mM) oder Trolox (ein wasserlösliches Vitamin E-Derivat, 1 mM) dem Medium zugegeben.

Ergebnisse und Schlussfolgerung: Je nach gewähltem Antioxidans konnten wir eine signifikante Hemmung oder Steigerung der Faktor-induzierten osteogenen Differenzierung beobachten. Eine nahezu völlige Inhibition der osteogenen Differenzierung konnten wir durch EUK134 erreichen. Interessanterweise führte eine spezifische intrazelluläre Depletion von H2O2 durch Zugabe von Katalase zu einer mehr als 2,5-fachen Steigerung des osteogenen Differenzierungspotentials der ASCs. Eine im Vergleich zum Standarddifferenzierungsmedium um das 10-fach erhöhte Askorbatkonzentration (0,5 mM) hatte hingegen eine signifikant differenzierungshemmende Wirkung. Dies legt die Vermutung nahe, das eine vollständige Abwesenheit von H2O2 das osteigene Differenzierungspotential von ASCs fördert, die Anwesenheit anderer reaktiver Sauerstoffspezies, insbesondere die des Hyperoxidradikals, eine Inhibition der osteogenen Differenzierung von ASCs fördert.