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Fragestellung: Die Ruptur des vorderen Kreuzbandes (VKB) hat eine Inzidenz von 1/1000 in westlichen Industrienationen, und führt trotz aufwendiger VKB-Rekonstruktionen mit autologen Sehnentransplantaten zur Knieinstabilität, Propriozeptionsverlust und Arthrose in ca. 60% der Fälle. Zur Verbesserung des schlechten VKB-Heilungspotenzials wurden Wachstumsfaktoren wie TGF-β1, IGF-1, oder FGF-2 experimentell eingesetzt um die Zellteilung und Kollagensynthese zu stimulieren. In der vorliegenden Studie wurde der Einfluß von BMP-12 und -13 Gentransfer auf die ligamentäre Differenzierung von humanen mesenchymalen Stammzellen (MSZ) bzw. VKB-Fibroblasten untersucht, die in ein Kollagenhydrogel eingebettet wurden.

Methodik: Humane MSZ aus dem Knochenmark bzw. Fibroblasten aus dem VKB (+Ethikkommissionsvotum) wurden im konfluenten Zustand mit 100 MOI (Multiplicities of Infection) Adenovirus transduziert, der humanes BMP-12 und BMP-13 kodiert. Danach wurden 3 x 10⁵ genetisch modifizierte Zellen in 200 µl Kollagen Typ I Hydrogel (Arthro Kinetics plc, Esslingen, Germany) eingebracht. Als Kontrollen dienten untransduzierte und Ad.GFP modifizierte Kulturen. Nach 21 Tagen in Kultur wurden die Hydrogelkonstrukte histologisch, immunhistologisch sowie mittels RT-PCR analysiert.

Ergebnisse und Schlussfolgerungen: Histologische (H&E, Azan, Masson Goldner, van Gieson) und immunhistologische Analysen zeigen elongierte Fibroblasten-ähnliche Zellen eingebettet in eine ligamentäre Matrix. Die genetische Modifikation der MSZ bzw. VKB-Fibroblasten mit BMP-12 und -13 führte zu einer moderaten Steigerung der Kollagen III, V und Elastin-Färbungen. Im Gegensatz dazu konnten sowohl für Fibronektin als auch für Tenascin und Vimentin eine deutlich stärkere Färbungen im Vergleich zu den jeweiligen Kontrollen nachgewiesen werden. Dabei produzierten im Vergleich die VKB-Fibroblasten deutlich mehr Matrix als die MSZ nach BMP-12/-13-Transduktion. Des Weiteren konnte mittels RT-PCR gezeigt werden, dass die spezifischen ligamentären Marker wie Biglykan, Kollagen III und V, Decorin, Elastin, Tenascin, Tenomodulin, Vimentin und Scleraxis gesteigert exprimiert wurden.

Insgesamt konnte gezeigt werden, dass eine BMP-12 und -13 Überexpression sowohl von VKB-Fibroblasten als auch MSZ in einem Kollagenhydrogel zur ligamentogenen Differenzierung und zu einer gesteigerten Matrixsynthese führten. Die Applikation von genetisch modifizierten MSZ als auch von VKB-Fibroblasten in Hydrogelen könnte somit eine effektive Strategie für die Entwicklung und Optimierung Zell-basierter Therapieverfahren zur VKB-Heilung darstellen.