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Fragestellung: Die Regeneration von Knorpel nach Trauma ist ein langer und oft erfolgloser Prozess. Aufgrund der Tatsache, dass Knorpel nicht über Blutgefäße mit Nährstoffen versorgt wird, sondern durch Diffusion von Synovialflüssigkeit, ist die Regeneration über einwandernde Stammzellen marginal. Eine gute Möglichkeit, Knorpelgewebe effektiv zu regenerieren, ist die lokale Implantation körpereigener Stammzellen. In diesem Kontext stellt das Fettgewebe eine ergiebige Quelle für mesenchymale Stammzellen, den Adipogen derived stromal cells (ASCs), dar. Reaktive Sauerstoffspezies (ROS) haben in gesundem Knorpel fundamentale Rollen. Ein zu Viel an ROS führt hingegen zur oxidativem Stress und kann zu Schädigung des Gewebes führen, wie es bei Osteoarthritis typisch ist. Chondrozyten fangen ROS durch ihre eigenen antioxidativen Enzyme, Superoxid-Dismutase (SOD), Katalase and Glutathion-Peroxidase ab. Um effektiv Knorpel in vitro herstellen zu können, wäre somit eine Idee die Verringerung von oxidativem Stress durch Zusatz dieser Enzyme zu erzielen. Ob ASCs dadurch effektiver zu Chondrozyten differenziert werden können, soll hier gezeigt werden.

Methodik: ASCs wurden aus humanem Fettgewebe isoliert. ASCs wurden als Monolayer sowie in 3D-Alginat-Kugeln unter Zugabe von TGF β (10 ng/ml) ± Insulin (0,013 mg/ml) im Medium chondrogen differenziert. Es wurde der Einfluss des Zusatzes von Katalase, MnTBAP (MnSOD-Mimetikum) sowie H2O2 zum Medium überprüft. Die Differenzierung zu Chondrozyten wurde mit Alcianblau-Färbung von Proteoglykanen nachgewiesen. Zudem wurden Cryoschnitte der 3D-Kulturen angefertigt und Knorpel spez. Proteine durch Western Blots und Immunfluoreszenz nachgewiesen. Die Rücklösung des Alcianblaus führt zu quantitativen Ergebnissen über den Differenzierungszustand der Zellen.

Ergebnisse und Schlussfolgerung: Katalase Zusätze führten schon nach wenigen Tagen zu einer Hypertrophie der differenzierenden Zellen. Es bildet sich eine wabenartige Struktur. Zusatz von MnTBAP zeigt ähnliches jedoch mit mehr Matrixsynthese. Nach 24 Tagen Differenzierung bewirkt Katalase im Vergleich zur normal chondrogen differenzierten Kontrolle eine 78%ige Zunahme der Proteoglykan-Synthese. MnTBAP eine 120%ige Zunahme. Des Weiteren ist auch die Fläche von Aggrecan- (+620%) und Collagen2- (+42%) positiven Zellen im Vergleich zu der Kontrolle erhöht.

Die extreme Zunahme der Differenzierung lässt darauf schließen, dass die Chondrogenese von ASCs durch oxidativen Stress deutlich reguliert wird. Dem zu Grunde liegende Prozesse müssen noch geklärt werden. Das Potential von Katalase und SOD-Mimetikum MnTBAP um die in vitro Chondrogenese zu beschleunigen ist enorm. Es sollte in Betracht gezogen werden, diese in Zukunft für das Tissue Engineering von Knorpel zu nutzen.