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Fragestellung: Synoviale mesenchymale Stammzellen (SMSC) besitzen ein hohes chondrogenes Potential, welches für mögliche Stammzellbasierte Tissue engineering Applikationen klinisch hoch interessant ist. Wir hypothetisierten die Möglichkeit der chondrogenen Differenzierung von SMSC durch parakrine Effekte in der trans-well Co-Kultur von humanen Chondrozyten (CHDR) und SMSC.

Methodik: Die Interaktion humaner SMSC und CHDR wurde in einer in vitro trans-well monolayer Co-Kultur mit SMSC im Monolayer on the bottom und CHDR on top über einen Zeitraum von bis zu 21 Tagen untersucht. Als Kontrolle dienten Monolayer Kulturen von SMSC sowie trans-well Co-Kulturen von SMSC und CHDR unter Zugabe von TGFß. Die Protein Expression wurde mittels Immunhistochemie und ELISA sowie auf Genebene mittels qPCR untersucht.

Ergebnisse und Schlussfolgerung: Nach 7 Tagen zeigte sich ausschließlich in der Co-Kultur von SMSC und CHDR sowohl in der Phasen-Kontrast Mikroskopie sowie in der Floureszenz Färbung eine 3D Zellaggregation der SMSC. Eine vermehrte Zellaggregation wurde durch die Zugabe von TGFß erreicht, die zu einer Bildung sphärischer Konstruke mit dem Verlust der Zelladhärenz führte. Obwohl TGFß mRNA in allen Kulturen nachweisbar war, zeigten sich zunehmende Expressionslevel lediglich in der Co-Kultur. Unter Berücksichtigung der zunehmenden mRNA Expressionslevel von TGFß nach Supplementierung, kann ein positiver Feedback Mechanismus angenommen werden. Entsprechend der chondrogenen Differenzierung von SMSC nahm die Expression der Aggrecan mRNA nach 7 und 14 Tagen in beiden Co-Kultur-Ansätzen zu. Kollagen Typ II mRNA nahm in den Co-Kulturen ohne Zugabe von TGFß nach 2 Wochen, mit Zugabe von TGFß bereits nach einer Woche zu. Die Kollagen Typ I und Typ X Expression unterschied sich zwischen der Monolayer Kultur von SMSC und der Co-Kultur mit CHDR nicht signifikant. Sowohl Kollagen I als auch Kollagen X wurden vermehrt unter Zugabe von TGFß exprimiert. die mRNA Expressionslevel korrelierten mit der Intensität der Immunfluoreszenz Färbungen.

Parakrine Effekte in der trans-well Co-Kultur humaner SMSC und CHDR bedingen eine chondrogene Differenzierung von SMSC mit möglichen, vielversprechenden Anwendungen im Bereich des Knorpel tissue engineerings.