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Fragestellung: Induzierte pluripotente Stammzellen (iPS-Zellen) sind für die Regeneration von Knorpel ausgesprochen attraktiv. Durch ihre hohe Proliferationskapazität stehen sie im Gegensatz zu den bisher für die Zelltherapie verwendeten artikulären Chondrozyten, die nur in extrem limitierter Zahl zu gewinnen sind, jederzeit in ausreichender Zellzahl zur Verfügung. Als Vorläufer aller Gewebe können iPS-Zellen definitionsgemäß stabilen hyalinen Knorpel bilden. Somit versprechen sie, mesenchymale Stromazellen (MSCs) zu übertreffen, die sich in vitro nur unter unerwünschter enchondraler Differenzierung entwickeln. Auch für iPS-Zellen ist bereits eine In-vitro-Differenzierung zu Chondrozyten gelungen und es gibt Anzeichen, dass diese ohne enchondrale Weiterentwicklung stabil gehalten werden könnten [1], [2]. Um mechanistische Unterschiede bei der In-vitro-Chondrogenese von iPS-Zellen im Vergleich zu MSCs aufzudecken, haben wir die Regulation des chondrogenenen Master-Transkriptionsfaktors SOX9 untersucht, dessen Hochregulation bisher häufig als Erfolgsindikator der Chondrogenese gewertet wird.

Methodik: Aus 2 humanen iPS-Zelllinien wurden zunächst MSC-ähnliche mesodermale Progenitoren (iMP-Zellen) hergestellt, die dann chondrogen differenziert wurden. SOX9-Genexpression und SOX9-Proteinspiegel wurden vor und nach chondrogener erfasst. Die Qualität der Knorpelbildung wurde histologisch beurteilt.

Ergebnisse und Schlussfolgerung: Im Vergleich zu MSCs wiesen iMP-Zellen variable SOX9-Proteinspiegel auf und zeigten ein verändertes Kondensationsverhalten. Besonders auffällig in iMP-Zellen waren die an Tag 4 im Vergleich zu Tag 0 signifikant herunterregulierten SOX9-Proteinspiegel, während MSCs SOX9-Protein in dieser Zeitspanne bereits stark hochregulierten. Die in iMP-Zellen und MSCs vergleichbar effiziente Phosphorylierung von Smad-Proteinen nach Behandlung mit TGF-beta bzw. BMP-4 belegte eine angemessene Reaktionsfähigkeit von iMP-Zellen auf diese chondrogenen Stimuli. Außerdem waren iMP-Zellen trotz verminderter SOX9-Spiegel in der Lage, Kollagen-II- und Proteoglykan-reiche Knorpelmatrix zu bilden. Ausführlichere Untersuchungen der späten Differenzierungsphasen müssen nun die Stabilität des Knorpelphänotyps und die ausbleibende enchondrale Reifung belegen. Die überraschende gegensätzliche Regulation von SOX9 verdeutlicht, dass die Rolle dieses Transkriptionsfaktors für die Induktion und den Fortgang der Chondrogenese bisher unzureichend aufgeklärt ist. Welchen Einfluss die initiale, transiente Herunterregulation von SOX9-Protein auf die Chondrogenese hat und ob die frühe SOX9-Hochregulation in BMSCs unterdrückt werden sollte, sind spannende Ansätze für weiterführende Studien.