gms | German Medical Science

Fragestellung: Mesenchymale Stammzellen (MSC) sind ein zentraler Bestandteil in der Geweberegeneration und vielversprechend für die Entwicklung neuer Therapien in der regenerativen Medizin. Ein limitierender Faktor ist allerdings die niedrige Frequenz der natürlich vorkommenden MSC sowie deren effektive Isolation. Die etablierte Methode MSCs durch Plastikadhärenz zu isolieren und in vitro zu expandieren, um eine ausreichende Menge an therapeutischen Zellen zu erreichen, umfasst viele Nachteile in Bezug auf die Stabilität, Reinheit, Sicherheit, Sterilität und Herstellungskosten von Transplantaten. Im Fokus steht die Gewinnung potenter Zellen ohne Verluste der Vitalität und Reaktivität.

Das Ziel des Vorhabens ist die Isolation und Anreicherung von MSC im Schafsmodell, die zur Etablierung eines einzeitigen Verfahrens zur Behandlung von fokalen Knorpelschäden genutzt werden können.

Methodik: Aus ovinem Knochenmarkaspirat (KM) wurden mononukleäre Zellen durch Erythrozytenlyse und/oder Dichtegradientenzentrifugation gewonnen. Um die MSC weiter anzureichern, wurden die MNC entweder mit Hilfe der MACS- (Magnetic Activated Cell Sorting) oder MECS- (Modular Enrichment by Cascade Sieving) Technologie sortiert. Dabei wurden verschiedene Stammzellmarker (CD271, CD146, W4A5 und MSCA1) zur Selektion verwendet. Die Anreicherung der koloniebildenden Zellen der einzelnen Fraktionen wurde mittels CFU Assay untersucht. Weiterhin wurde die Multipotenz, Proliferation, verschiedene Oberflächenmarker sowie die Stoffwechselaktivität mittels ATP Assay im Vergleich zu unsortiertem KM geprüft.

Ergebnisse und Schlussfolgerung: Obwohl die Isolation mittels MACS und MECS Technologie immer noch in heterogene Subpopulationen an Zielzellen resultiert, können nicht erwünschte Zellen, wie Monozyten, Granulozyten, usw. ausselektiert werden. Die effektivsten Selektionsmarker zur Isolation von chondrogen-potenten Zellen sind CD271 und CD146. Im Fall von CD271 wurde eine 30-fache und bei CD146 eine 10-fache Erhöhung der CFU im Vergleich zu unbehandelten KM gemessen. Hingegen ist bei der Verwendung von W4A5 und MSCA1 keine Erhöhung der CFU bildenden Zellen zu beobachten. Dabei haben die Isolationsmethoden keinen signifikanten Einfluss auf das Proliferationsverhalten der Zielzellen. Weiterhin konnten die Multipotenz in allen Gruppen nachgewiesen werden.

Mit den hier vorgestellten Isolationsstrategien ist es möglich, MSC schonend, schnell und effektiv zu isolieren. Dabei werden die Vitalität und die Reaktivität der Zellen nicht beeinflusst. Durch die höhere Potenz der selektieren Zellen ist es möglich eine einzeitige Therapie zur Behandlung von Knorpeldefekten anzuschließen.