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Fragestellung: Die Bandscheibendegeneration ist häufig mit erhöhten Konzentrationen von Entzündungsfaktoren wie IL-1 beta (IL-1ß) und TNF alpha verbunden, die für ein Milieu sorgen, das die Matrixbildung eher beeinträchtigt und für regenerative Zelltherapien eine Herausforderung darstellt [1]. Stammzellen aus dem Knochenmark (MSCs) oder Fettgewebe (ASCs) gelten aufgrund ihrer Fähigkeit zur chondrogenen Differenzierung als aussichtsreiche Kandidaten für zelltherapeutische Anwendungen. Für ASCs wurde beschrieben, dass deren osteogene und adipogene Differenzierung unter Entzündungsbedingungen nicht beeinträchtigt wird [2]. In Bezug auf die chondrogene Differenzierung fehlen vergleichende Untersuchungen. Ziel unserer Studie war es, humane MSCs und ASCs zu charakterisieren und deren chondrogene Differenzierungsfähigkeit im inflammatorischen Milieu zu vergleichen.

Methodik: MSCs und ASCs von jeweils 3 Patienten (18-50 Jahre) wurden bezüglich der Expression von Stammzellmarkern (CD105, CD73, CD45, CD44, CD90 und SSEA4) charakterisiert und für 4 Wochen in chondrogenem Differenzierungsmedium mit TGF beta3 (+TGFß3) kultiviert [3]. Zur Simulation des Entzündungsmilieus wurde einem Teil der Ansätze IL-1ß zugesetzt. Ansätze mit Standard-Kulturmedium (-TGFß3) dienten als Kontrollen. Am Ende der Differenzierungsphase wurden die Pellets bezüglich Morphologie, Matrixbildung (Alcianblau-Färbung, Western-Blot) und Expression chondrogener Zielgene (Sox-9, Coll-II, Aggrecan) vergleichend charakterisiert. Die Auswertung erfolgte mittels deskriptiver Statistik.

Ergebnisse: Ansätze mit TGFß3-haltigem Differenzierungsmedium zeigten im Gegensatz zu den Kontrollen (-TGFß3) eine ausgeprägte Pelletbildung, deren Größe und optische Dichte im Kulturverlauf zunahm. In Ansätzen mit IL-1ß war die Pelletgröße deutlich reduziert (0,5-0,75x). Die chondrogene Differenzierung von MSCs und ASCs (Ansätze +TGFß3) konnte durch eine stark erhöhte Expression von Aggrecan (bis zu 30x), Coll-2 (bis zu 600x) und Sox-9 (bis zu 26x) bestätigt werden. Diese Effekte wurden unter Zusatz von IL-1ß sowohl in MSC- als auch in ASC-Pellets stark reduziert (0.6-0.2x), wobei sich eine erhebliche Spendervariabilität zeigte. Diese Ergebnisse konnten auch auf Proteinebene (Westernblot, Alcianblau-Färbung) bestätigt werden.

Schlussfolgerungen: Eine pro-inflammatorische Stimulation mit IL-1ß reduziert die chondrogene Differenzierungskapazität von MSCs und ASCs und deutet darauf hin, dass Entzündungsbedingungen die Matrixbildung bei einer Zelltherapie beeinträchtigen können. Da dieser Effekt sowohl mit ASCs als auch mit MSCs gezeigt werden konnte, scheinen Progenitorzellen aus beiden Gewebequellen ähnlich sensibel gegenüber Entzündungsbedingungen zu sein. Diese Ergebnisse zeigen, dass eine Entzündungsbehandlung sinnvoll sein könnte, um die Bedingungen für eine Zelltherapie zu verbessern.