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Überexpression von humanen FGF-2 nach Transfektion in Alginat-Chondrozyten-Sphäroide verbessert die Reparatur fokaler osteochondraler Defekte im Schafmodell
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Veröffentlicht: | 22. Oktober 2019 |
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Fragestellung: Die Transplantation von verkapselten Chondrozyten nach direktem Gentransfer von humanem Fibroblastenwachstumsfaktor 2 (hFGF-2) verbessert die Reparatur von Knorpeldefekten im Kleintiermodell in vivo [1]. In dieser Studie testeten wir die Hypothese, dass die Transplantation von verkapselten, FGF-2 modifizierten Chondrozyten die Reparatur osteochondraler Defekte im Schafmodell verbessert.
Methodik: Isolierte, bovine Chondrozyten wurden mit der cDNA von hFGF-2 transfiziert (FuGENE 6, Roche). Die transfizierten Chondrozyten wurden in Alginat-Chondrozyten-Sphäroide verkapselt [2]. In die trochleae femores mediales der Kniegelenke von 7 adulten Merinoschafen wurde jeweils ein zylindrischer osteochondraler Defekt (Ø 3,5mm) gesetzt. Es wurde je Defekt alternierend pro Knie transfizierte oder nicht-transfizierte (Kontrolldefekte) Alginat-Chondrozyten-Sphäroide press-fit transplantiert. Nach 24 Wochen wurde die Knorpelreparatur nach Safranin-O-Echtgrün sowie Hämatoxylin-Eosin-Färbung quantitativ nach dem etablierten und validierten, inversen Bewertungssystem histologisch evaluiert [3]. Der Typ II Kollagengehalt wurde mittels immunhistochemischer Färbung bestimmt und anhand eines semi-quantitativen Bewertungssystems evaluiert. Zur statistischen Auswertung wurden ein mixed-effects generalized linear model sowie ein Mann-Whitney U Test verwendet (Signifikanzniveau P < 0,05).
Ergebnisse und Schlussfolgerung: Die Transplantation von FGF-2-transfizierten Chondrozyten verbessert signifikant den Gesamtpunktwert der histologischen Knorpelreparatur (10,23 ± 1,04) im Vergleich zu nicht-transfizierten Kontrolldefekten (14,09 ± 1,05) (P < 0,001). Eine signifikante Verbesserung fand sich ebenfalls für die mittleren Punktwerte der individuellen Kategorien „Defektfüllung“ (0,12 ± 0,20 versus 0,57 ± 0,20 in Kontrolldefekten), „Integration“ (0,80 ± 0,14 versus 1,09 ± 0,13 in Kontrolldefekten), „Matrixanfärbbarkeit“ (1,11 ± 0,35 versus 2,17 ± 0,34 in Kontrolldefekten), „Defektarchitektur“ (1,36 ± 0,29 versus 1,83 ± 0,29 in Kontrolldefekten) und „Neubildung des subchondralen Knochens“ (0,93 ± 0,42 versus 2,18 ± 0,41 in Kontrolldefekten) (P jeweils < 0,001). Die zelluläre Morphologie war ebenso signifikant verbessert für FGF-2- transfizierte Chondrozyten (1,60 ± 0,14 versus 1,83 ± 0,14 in Kontrolldefekten). FGF-2-transfizierte Chondrozyten zeigten keinen signifikanten Effekt auf die „Defektarchitektur“ (0,36 ± 0,22 versus 0,44 ± 0,22 in Kontrolldefekten, P = 0,534), „ tidemark-Formation“ (3,98 ± 0,02 versus 4,00 ± 0,02 in Kontrolldefekten, P = 0,320) oder der Typ-II-Kollagen-Immunreaktivität (2,5 ± 0,34 versus 2,3 ± 0,33, 1,07-fache Differenz, P = 0,924).
Die Daten zeigen, dass hFGF-2 in osteochondralen Defekten nach lipid-basierter Transfektion und Verkapselung in ein Alginat-Hydrogel-Trägersystem überexprimiert werden kann. Dies für zu einem verbesserten osteochondralen Reparaturprozess im Großtiermodell nach 6 Monaten.
Literatur
- 1.
- Kaul G, Cucchiarini M, Arntzen D, Zurakowski D, Menger MD, Kohn D, Trippel SB, Madry H. Local stimulation of articular cartilage repair by transplantation of encapsulated chondrocytes overexpressing human fibroblast growth factor 2 (FGF-2) in vivo. J Gene Med. 2006 Jan;8(1):100-11.
- 2.
- Madry H, Cucchiarini M, Stein U, Remberger K, Menger MD, Kohn D, Trippel SB. Sustained transgene expression in cartilage defects in vivo after transplantation of articular chondrocytes modified by lipid-mediated gene transfer in a gel suspension delivery system. J Gene Med. 2003 Jun;5(6):502-9.
- 3.
- Sellers RS, Peluso D, Morris EA. The effect of recombinant human bone morphogenetic protein-2 (rhBMP-2) on the healing of full-thickness defects of articular cartilage. J Bone Joint Surg Am. 1997 Oct;79(10):1452-63.