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Fragestellung: Die Bandscheibendegeneration ist häufig mit Entzündungsbedingungen verbunden, die den Matrixabbau fördern und einem Matrixaufbau entgegenwirken. In einem pro-inflammatorischen Bandscheiben-Organkulturmodell haben wir zwei verschiedene Therapie-Ansätze bezüglich ihrer anti-inflammatorischen Wirkung verglichen: (A) ein biomaterial-basierter Ansatz mit Chitosan-/Polyglutamicacid-Nanopartikeln mit Diclofenac-Einschluss (Df-NPs) oder (B) ein Zelltherapie-Ansatz mit mesenchymalen Stammzellen in Ko-Kultur (MSC) oder mit Albumin/Hyaluronan-Hydrogel als Trägermaterial (MSC-Alb).

Methodik: In bovinen Bandscheiben-Organkulturen wurden mittels IL-1 beta und Nadelpunktierung pro-inflammatorische Bedingungen erzeugt. Die anti-inflammatorische Behandlung erfolgte (A) mit Df-NPs oder (B) mit humanen MSCs durch Injektion (MSC-Alb) oder Ko-Kultur (MSC).. Unbehandelte Bandscheiben dienten als Kontrollen. Auswertungskriterien: Genexpression von pro-inflammatorischen Faktoren (TNFa, IL-6, IL-8), Matrixmetalloproteinasen (MMPs 1, 3, 13), Matrixproteinen (Coll II, Aggrecan) durch RT-PCR, Prostaglandin E2 (PGE2) mittels ELISA, Zellviabilität (LIVE/DEAD-Assay) sowie das Stoffwechselprofil der Zellen (Glucose- und Lactatanalyse). Statistische Auswertung: Mann-Whitney-Test, Kruskal-Wallis-Test (p<0,05).

Ergebnisse und Schlussfolgerung: IL-1 beta behandelte Bandscheiben zeigten eine signifikante Erhöhung der Expression pro-inflammatorischer Zytokine und MMPs, die Matrixprotein-Expression wurde signifikant erniedrigt (p<0,05). Die Behandlung mit Df-NPs bewirkte eine signifikante Erniedrigung der IL-6 und MMP1-Expression (p< 0,05). Die PGE2-Werte wurden bei Anwesenheit von Df-NPs signifikant erniedrigt (p >0,05). In den MSC behandelten Gruppen zeigte sich eine leichte Erniedrigung der IL-6 und IL-8-Expression bei Injektion der Zellen (MSC-Alb), dagegen wurde bei Ko-Kultur zum Teil auch eine Erhöhung der TNFa und IL-6-Expression im Vergleich zur IL-1 beta Gruppe beobachtet. Der Einfluss auf die PGE2-Freisetzung zeigte gegensätzliche Effekte zwischen den MSCs unterschiedlicher Spender. Unter allen Bedingungen zeigten die Zellen eine ähnliche Viabilität und Stoffwechselaktivität. Das pro-inflammatorische Organkultur-Modell eignet sich zur Testung anti-inflammatorischer Behandlungsstrategien der Bandscheibendegeneration. Df-NPs scheinen dabei ein vielversprechender anti-inflammatorischer Therapie-Ansatz zu sein, denn damit könnte die Entzündung reduziert und der Matrixabbau verzögert oder verringert werden. Die Applikation von MSCs muss aufgrund der hohen Spender-Variabilität zur Kontrolle der Entzündungsantwort kritisch betrachtet werden, denn die MSC-Applikation könnte die Entzündung in der Bandscheibe spenderabhängig verstärken statt diese zu hemmen. Es wäre daher sinnvoll zuerst die Entzündung zu behandeln, um die Bedingungen in der Bandscheibe für eine mögliche Zelltherapie zu verbessern.

Gefördert durch PEST founds, FCT, AO Foundation, Luso-German Integrated Actions 2012: CRUP/DAAD und Deutsche Wirbelsäulenstiftung.