gms | German Medical Science

Fragestellung: Autologe Transplantation stellt eine vielversprechende Möglichkeit dar, die Heilung von großen Defekten zu verbessern. Mesenchymale Stammzellen sind die am häufigsten transplantierten Zellen, doch die regenerative Kapazität dieser Zellen ist begrenzt. Eine vielversprechende Alternative könnten „Programmable Cells of Monocytotic Origin“ (PCMO) sein, von Monozyten abstammende Zellen, die durch Inkubation mit spezifischen Wachstumsfaktoren zu einem plastischeren Phänotyp dedifferenziert werden. Die jetzt multipotenten Zellen können zu verschiedenen Zelltypen, wie Hepatozyten oder chondrogenen Zellen (re)differenziert werden. Ziel dieser Studie ist es, Knochen-spezifische Marker in PCMOs zu induzieren und diese in ein drei-dimensionales Konstrukt zu setzen. Die Transplatation eines solchen Zell-Scaffold-Konstrukts könnte die Heilungsfähigkeit großer Knochendefekte verbessern und würde eine vielversprechende Alternative zu Stammzellen darstellen.

Methodik: Monozyten wurden mittels Dichtegradientenzentrifugation aus peripherem Blut gewonnen und in einer 6-tägigen Dedifferenzierungsphase zu PCMOs differenziert. Anschließend wurden die PCMOs für 21 Tage in verschiedenen osteogenen Differenzierungsmedien (D1-D4) inkubiert. Mittels real time PCR-Experimenten wurde die Genexpression spezifischer osteogener Marker untersucht. Immunhistochemische Analysen zum Nachweis von Osteokalzin (Osc) und von Kossa Färbungen wurden durchgeführt.

Ergebnisse und Schlussfolgerungen: D3-Differenzierungsmedium induziert die Expression von Runx2 um das 3-fache und von Osc um das 5-fache. Dagegen wird Collagen 1 durch D2-Medium signifikant (9x) induziert. Nach den erhaltenen Ergebnissen stellt die Kombination von D2- & D3-Medium (=D4) das optimale osteogene Medium für PCMOs dar. Immunfluoreszenzanalysen zeigen deutliche Osc-Färbung nach 21 Tagen Inkubation in diesem Medium. Zusätzlich können während der Kultivierung in Monolayer-Kulturen morphologische Veränderungen der Zellen, von einem Stammzell-ähnlichen zu einem Osteoblasten-ähnlichen Phänotyp beobachtet werden. Von Kossa Färbung nach 21 Tagen belegt deutliche Kalziumeinlagerungen in Zellen die in D4-Medium gewachsen sind. Ähnliche Ergebnisse konnten auch für 3-D-Zellkulturen erzielt werden. Verglichen mit Kontrollzellen stieg die mRNA-Expression von Osc und Runx2 um das 3 bzw. 20-fache und Immunfluoreszenzanalysen belegten Osc-Expression nach 21 Tagen in Kultur.

In der vorliegenden Studie konnten wir osteogenes Differenzierungspotential in Zellen nachweisen, die ideale Vorraussetzungen für den Einsatz bei Stammzelltherapien mitbringen. So können PCMOs mit wenig invasiven Methoden und in großen Mengen isoliert werden, in autologen und allogenen Therapieverfahren eingesetzt werden und besitzen dabei ein geringes Karzinomrisiko, da sie nur eine begrenzte Proliferationsaktivität besitzen. Nach erfolgreicher osteogener Differenzierung stellen PCMOs im Tissue engineering eine vielversprechende Alternative zu Stammzellen dar.