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Molekulare Charakterisierung mesenchymaler Stammzellen aus dem vorderen Kreuzband
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Authors
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A. Steinert
- Orthopädische Klinik, König-Ludwig-Haus, Orthopädisches Zentrum für Muskuloskelettale Forschung, Würzburg, Germany
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M. Kunz
- Orthopädische Klinik, König-Ludwig-Haus, Orthopädisches Zentrum für Muskuloskelettale Forschung, Würzburg, Germany
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T. Barthel
- Orthopädische Klinik, König-Ludwig-Haus, Orthopädisches Zentrum für Muskuloskelettale Forschung, Würzburg, Germany
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U. Nöth
- Orthopädische Klinik, König-Ludwig-Haus, Orthopädisches Zentrum für Muskuloskelettale Forschung, Würzburg, Germany
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R. Ebert-Dümig
- Orthopädische Klinik, König-Ludwig-Haus, Orthopädisches Zentrum für Muskuloskelettale Forschung, Würzburg, Germany
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F. Jakob
- Orthopädische Klinik, König-Ludwig-Haus, Orthopädisches Zentrum für Muskuloskelettale Forschung, Würzburg, Germany
| Published: | October 15, 2009 |
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Fragestellung: Nachdem wir in Vorarbeiten mesenchymale Stammzellen aus dem vorderen Kreuzband (VKB-MSZ) isolieren und ihr in vitro Differenzierungspotential beschreiben konnten, ist es Ziel dieser Arbeit ein möglichst genaues molekulares Profil der VKB-MSZ sowohl auf Protein-, als auch auf Genexpressionsebene zu beschreiben, um weitere Informationen bezüglich ihres therapeutischen Potentials im Vergleich zu MSZ aus dem Knochenmark (KM-MSZ) zu erhalten.
Methodik: VKB-MSZ wurden mittels Kollagenaseverdau und KM-MSZ durch adhärente Kultur aus chrurgischem Restmaterial gewonnen von 5 Patienten (+Ethikkommissionsvotum). Das jeweilige Differenzierungspotential (adipogen/chondrogen/osteogen) wurde mittels Standardassays untersucht. Weiterhin wurde die Bildung von Kolonien (CFU-F-Assay) und das Zellproliferationsverhalten analysiert (ATP-Test, WST-Test, Zellzahlen). Ein ausgedehntes Zelloberflächenantigenexpressionsprofil wurde mittels FACS-Analyse (CD 11, 14, 29, 31, 34, 40, 44, 45, 49c, 53, 73, 90, 97, 105, 106, 133, 144, 146, 163, 166, ALP, HLA ABC, STRO1) erstellt, sowie das gesamtgenomische Expressionsprofil (54.000 Probesets für 47.400 Transkripte und 38.500 Gene) der beiden Zellpopulationen via Array-Hybridisierung (Affymetrix HG-U133 Plus 2.0) untersucht. Das Transkriptom von VKB-MSZ und KM-MSZ wurde mittels SAM-Analyse (Significance Analysis for Microarrays) verglichen, wobei Expressionsunterschiede von <0,5 und >2 (fold change) als reguliert betrachtet wurden (q-value <10%).
Ergebnisse und Schlussfolgerungen: Die aus dem VKB gewonnenen Zellpräparationen besitzen einen etwas geringeren Anteil an CFU-F im Vergleich zu denen aus dem Knochenmark, wobei die VKB-MSZ in Monolayerkultur auch eine geringere Zellproliferation zeigen. Wie bereits beschrieben zeigen die VKB-MSZ ein äquivalentes adipogenes (Oli-Red-O, PPARg2, LPL) und osteogenes (Alizarinrot, ALP, Osteokalzin, Osteopontin, Kollagen I) Differenzierungspotential, jedoch ein quantitativ reduziertes chondrogenes Potential (Alzianblau, Col2, Aggrecan, GAG-Assay) im Vergleich zu KM-MSZ. Die VKB-MSZ zeigen in der FACS Analyse ein Oberflächenantigenexpressionsprofil (CD 11c-, 29+, 31-, 34-, 40-, 44+, 45-,49c+, 53-, 73+, 74-, 90+, 97+,105+, 106-, 133-, 144-,146+, 163-,166+, HLA ABC, ALP und STRO-1-), das mit dem der KM-MSZ bis auf kleinere Unterschiede (CD11c+, 106+, STRO-1+) vergleichbar war. 22804 Probesets wurden bei beiden Zelltypen gleich exprimiert, wobei in VKB-MSZ 1429 hoch- und 2305 signifikant herunterreguliert waren.
Neben dem vergleichbaren multipotenten mesenchymalen Differenzierungspotential weisen VKB-MSZ und KM-MSZ ein sehr ähnliches Oberflächenantigenexpressionprofil und Transkriptom auf. Funktionelle genomische Analysen (go stat) werden gegenwärtig durchgeführt, um den molekularen Fingerabdruck der VKB-MSZ noch klarer zu beschreiben. Zukünftige Studien werden zeigen, ob die Stammzellen im VKB für verbesserte biologische Therapieansätze nach Verletzung dieses Bandes genutzt werden können.
