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Fragestellung: Für die Behandlung von Knorpeldefekten besitzen die zellbasierten Verfahren ein hohes therapeutisches Potential. Die Herausforderung hierbei ist die Induktion bzw. die Aufrechterhaltung des chondrogenen Phänotyps in der Zellkultur, welcher für die Produktion von hyaliner Extrazellulärmatrix erforderlich ist. In der vorliegenden Arbeit wurden konditionierte Zellkulturmedien durch die Inkubation mit hyaliner Knorpelmatrix hergestellt und diese nach einer entsprechenden Charakterisierung für die Differenzierung humaner Chondrozyten in dreidimensionalen Sphäroidkulturen verwendet. Dabei galt es, den Einfluss von zwei unterschiedlich konditionierten Medien auf die Expression hyaliner Knorpelkomponenten zu analysieren.

Methodik: Die Konditionierung der beiden Zellkulturmedien erfolgte durch Einlagerung von 200 mg/ml vitaler bzw. devitalisierter (durch hydrostatische Hochdruck-Behandlung) Knorpelmatrix über 35 Tage. Die Medien wurden hinsichtlich des Gehalts an löslichem Pro-Kollagen (Col) 1 und 2 sowie Glykosaminoglykanen (GAGs) analysiert. Für die Herstellung von Sphäroidkulturen wurden humane Chondrozyten (n=6) verwendet, welche mit den konditionierten Medien bei 37 °C, 5 % CO2, 21 % O2 kultiviert wurden. Unkonditioniertes Medium wurde als negative Kontrolle verwendet, während die positive Mediumkontrolle mit TGF- β1 und IGF-1 supplementiert wurde. Nach 14 und 35 Tagen wurde die chondrogene Differenzierung in den Sphäroiden mittels histologischen/immunhistochemischen Färbungen und Genexpressionsanalysen analysiert. Für die statistische Auswertung wurde der Student's T-Test bei Normalverteilung bzw. der Mann-Whitney-U-Test bei nicht normal verteilten Proben verwendet (Signifikanzniveau p ≤ 0,05).

Ergebnisse und Schlussfolgerung: Im Vergleich zur Negativkontrolle konnten in beiden konditionierten Medien signifikant erhöhte GAG-Konzentrationen (vital: p=0,003; devital: p=0,004) sowie erhöhte Konzentrationen von Col1 und Col2 ermittelt werden. Im Vergleich zum mit vitaler Knorpelmatrix konditioniertem Medium führte die Konditionierung mit devitaler Knorpelmatrix zu deutlich geringeren Kollagenmengen (Col2: p=0,029) im Medium. Sphäroide, welche in den konditionierten Medien kultiviert wurden, wiesen Chondrozyten mit rundlichen Phänotyp auf. Besonders die Mediumvariante, welche mit vitalem Knorpelgewebe hergestellt wurde, führte zu günstigen Ergebnissen hinsichtlich der Produktion hyaliner Knorpelmatrix. Im Vergleich zur Negativkontrolle wurden signifikant erhöhte Proteinablagerungen von Aggrekan (p=0,048) und Col2 (p=0,024) quantifiziert.

In dieser Arbeit konnte das Potential der Mediumkonditionierung mittels vitaler Knorpelzellen in der hyalinen Knorpelmatrix aufgezeigt werden. Die vitale Knorpelmatrix kann für die Erzeugung von konditioniertem Medium verwendet werden und damit die regelgerechte Differenzierung humaner Knorpelzellen in dreidimensionalen Sphäroidkulturen fördern. Weiterführende Untersuchungen sollten erfolgen, um die chondrogenen Effekte durch konditionierte Medien zu untermauern.