gms | German Medical Science

Fragestellung: In Europa werden jedes Jahr mehr als eine Millionen Knochendefekte kritischer Größe chirurgisch behandelt. Ein klinisch vielversprechender therapeutischer Ansatz ist hierbei die Reimplantation autologer multipotenter Stromazellen (MSC) in das zu therapierende Knochendefektareal. Mittlerweile sind zahlreiche Gewebetypen identifiziert worden (Knochenmark, Fettgewebe, Zahnpulpa, Hautgewebe), aus denen multipotente Zellen mit einem osteogenen Differenzierungspotential isoliert werden können. Es stellt sich die Frage inwiefern sich die isolierten MSC bezüglich ihres Stammzellcharakters und ihres osteogenen Differenzierungspotentials voneinander unterscheiden und inwiefern man dieses Potential angleichen kann.

Methodik: Um im Rahmen einer geplanten Studie und Zuhilfenahme eines von uns etablierten Minipig-Models das osteogene Regenerationspotential der MSC evaluieren zu können, wurden porkine multipotente mesenchymale Stromazellen aus dem Beckenkamm (BMSC), dem Fettgewebe (ASC), der Zahnpulpa (DSC), sowie Fibroblasten (FB) aus der Dermis isoliert. Der Phänotyp der Zellen wurde mittels durchflusszytometrischer Analyse analysiert (CD105, CD73, CD45, CD34, CD79alpha, HLA-DR, CD26, CD44, CD90, CD29, CD14, CD31). Die osteogene Differenzierung erfolgte mit (DMEM 4,5 g Glucose/l; 100 nM Dexamethason; 100 µM Ascorbin-2-Phosphat; 10 mM Glycerophosphat). Die Kalzifizierung der extrazellulären Matrix als Surrogatparameter der osteogenen Differenzierung wurde mit Alizarin-Rot-S unter der Verwendung spezifischer Induktoren (Bone Morphogenich Protein-2 (BMP2) und Thrombozyten-Reiches-Plasma (PRP) an den Tagen 0 bis 28 visualisiert. Der Grad Kalzifizierung wurde mit Cetylpyridiniumchlorid photometrisch quantifiziert. Zusätzlich wurde das Transkriptionsprofil von ASCs und BMSCs mit und ohne zusätzliche BMP2-Inkubation mit Hilfe eines Microarrays miteinander verglichen.

Ergebnisse und Schlussfolgerung: Alle MSCs unterschiedlicher Gewebsherkunft waren plastikadhärent und wiesen einen vergleichbaren Oberflächenantigenphänotyp auf. Unter identischen Kulturbedingungen konnten BMSCs effektiv osteogen differenziert werden, wohingegen ASC sowie FB nur ein retardiertes osteogenes Differenzierungspotential aufwiesen, welches durch die Zugabe von BMP2 überwunden werden konnte. Im Gegensatz dazu ließen sich die DSCs nur mit PRP vergleichbar gut differenzieren. Unsere Ergebnisse zeigen deutlich, dass neben BMSCs auch ASCs, DSCs und sogar FB gleichberechtigte Alternativen sind, wenn die Differenzierung mit auf den jeweiligen Gewebetyp abgestimmten Faktoren induziert wird. Außerdem konnte unsere Microarray-Analyse Hinweise darauf geben, dass das inhibierte Differenzierungspotential der ASCs mit dem TGFβ- oder FGF-Signalweg und mit einer verminderten Expression von Interleukin-33 assoziiert sein könnte.