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Fragestellung: Einen vielversprechenden Ansatz zur Behandlung von Gelenkknorpeldefekten stellt die Verwendung von Materialien auf Basis extrazellulärer Matrix dar, die die Mikroumgebung des Defektes so stimulieren, dass lokale Vorläuferzellen zur Migration und in situ Geweberegeneration aktiviert werden. Das Grundprinzip der Verwendung xenogener Gewebe ist es, über den Herstellungsprozess eine möglichst komplette Dezellularisierung und Elimination von Substanzen zu erreichen, die schädliche Immunreaktionen verursachen und gleichzeitig strukturelle Komponenten und biologisch aktive Faktoren zu erhalten, die für die Geweberegeneration nötig sind. Die Hypothese, dass dies auch für eine dezellularisierte Matrix aus Schweineknorpel möglich ist, wurde in einem in vitro Modell mit humanen chondrogenen Progenitorzellen (CPC) getestet.

Methodik: Aus makroskopisch intaktem Knorpel von Arthrosepatienten wurden CPC durch Auswachsen isoliert und expandiert. Es wurde damit eine selbst entwickelte dezellularisierte Knorpelmatrix aus Schweinenasenseptum (DECM) besiedelt und der Einfluss verschiedener Medien (Basalmedium mit 10 % FCS: BM; serumfreies Differenzierungsmedium mit TGFß3: CDM; Non-hematopoietic stem cell media, Miltenyi: Mil) sowie der Kultivierungsdauer bestimmt. Es wurde die Zellzahl der besiedelten Matrices (Hoechst-Assay) gemessen und die Genexpression (n≥4) von COL2A1, ACAN, MMP1, 2, 3, 9, 13, ADAMTS4 und 5 analysiert. Die Synthese von Kollagen Typ II und Glykosaminoglykanen (GAG) sowie die Migrationsaktivität wurde (immun-) histochemisch visualisiert (n≥3) und die Freisetzung von MMP2 mittels Gelatine-Zymographie nachgewiesen (n=4). Statistische Signifikanzen wurden mittels ANOVA ermittelt.

Ergebnisse und Schlussfolgerung: Während besiedelte DECM in BM eine einlagige Zellschicht aufwiesen, bildeten die CPC nach 2wöchiger Kultur in CDM und Mil eine 50-100 µm dicke Zellschicht aus. Die Zellen wanderten aktiv in die Matrix ein und zeigten in Mil die größte Migrationsaktivität. Eine Synthese von GAG, Aggrecan und Kollagen Typ II konnte (immun)histologisch nach 4-6 Wochen in CDM und Mil nachgewiesen werden, wobei die Genexpression in Mil im Vergleich zu CDM von Aggrekan (13fach) und von COL2A1 (104fach) signifikant höher war. Während die Gene MMP9 und ADAMTS5 bei 3D-Kultivierung kaum exprimiert bzw. abreguliert waren, wurde MMP3 (185fach, p<0.05) durch CDM und MMP13 (168fach bzw. 916fach) und ADAMTS4 (185fach bzw. 215fach) durch CDM und Mil aufreguliert. MMP2 wurde unter allen Kultivierungsbedingungen freigesetzt, korrelierend mit der Zellzahl und Migrationsaktivität am stärksten in Mil.

Es konnte gezeigt werden, dass CPC die DECM besiedeln und darin knorpeltypische Matrixkomponenten exprimieren, aber auch degradative Enzyme freisetzen, die für Migration und Matrixumbau notwendig sind. Die in CDM und Mil enthaltenen chondrogenen Faktoren verstärkten diese Eigenschaften. Damit zeigt sich die DECM als vielversprechende Matrix für die zellfreie in situ Regeneration von Knorpeldefekten.