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Fragestellung: Humane Mesenchymale Stromazellen (MSCs) sind eine vielversprechende Quelle leicht zugänglicher Zellen, um Knorpel für die Geweberegenerationen herzustellen. Leider differenzieren MSCs in vitro enchondral, werden hypertroph und der Knorpel mineralisiert und entwickelt sich in vivo zu Knochen weiter. Stabile artikuläre Chondrozyten werden somit bislang nicht erreicht. Wir zeigten kürzlich, dass während der MSC Chondrogenese der WNT-Signalweg überaktiviert ist und seine Hemmung die Hypertrophie reduziert. Die 19 bekannten WNT-Liganden können Zellen über zwei verschiedene Wege aktivieren, den kanonischen oder den nicht-kanonischen Signalweg. Bislang ist völlig unbekannt, wie kanonische Liganden wie WNT3A, gegenüber nicht-kanonischen wie WNT11, in die MSC Chondrogenese eingreifen und dabei die Hypertrophie beeinflussen. Ziel dieser Studie ist es, den Einfluss kanonischer versus nicht-kanonischer WNT-Liganden auf die Differenzierung von MSCs zu untersuchen. Ein besseres Verständnis der Ursachen enchondraler Differenzierung ermöglicht eine verbesserte Knorpelherstellung aus MSCs durch gezieltes Eingreifen in den relevanten Signalweg.

Methodik: In 3D in vitro Pelletkultur wurden MSCs für 18 oder 28 Tage chondrogen differenziert. Während der Hochregulation hypertropher Marker ab Tag 14 wurde mit WNT3A, WNT11 oder DKK-1, einem Antagonisten des kanonischen WNT-Signalwegs, behandelt. Nach 4 bzw. 14 Tagen Behandlung wurde die chondrogene Differenzierung mittels Gen- und Proteinexpression durch PCR und Western Blot, sowie Bestimmung der Kollagenmenge und Quantifizierung der ALP-Enzymaktivität beurteilt. Unterschiede zwischen Gruppen wurden mittels Mann-Whitney U Tests ermittelt.

Ergebnisse und Schlussfolgerung: Behandlung mit WNT3A führte, bei unveränderter Kollagen Typ II-Produktion, zu einer signifikanten Hochregulation der Genexpression der hypertrophen Marker MEF2C, ALPL, IBSP und IHH, erhöhte die ALP-Aktivität und den IBSP Proteinspiegel. Stimulation mit WNT11 senkte dagegen die ALPL Genexpression und ALP-Aktivität nur geringfügig und beeinflusste somit Chondrogenese und Hypertrophie kaum. Der kanonische WNT Inhibitor DKK-1 reduzierte die Hypertrophie deutlich und steigerte die Kollagen Typ II Produktion leicht. Dies zeigte, im Einklang mit den WNT3A Ergebnissen, dass die Hypertrophie während der MSC Chondrogenese vorwiegend durch kanonische WNT-Signale angetrieben wird. Kombinierte WNT3A/WNT11 Behandlung belegte allerdings eine Interaktion beider Signalwege.

Zusammenfassend zeigt diese Studie erstmals, dass ein einziger kanonischer WNT-Ligand wie WNT3A genügt, um die Hypertrophie chondrogen differenzierender MSCs stark anzutreiben und dass ein nicht-kanonischer WNT-Ligand wie WNT11 hierauf Einfluss nehmen kann. Ein überaktiver kanonischer WNT-Signalweg treibt nach unseren Daten nachhaltig die unerwünschte enchondrale Differenzierung an. Eine gezielte Inaktivierung des kanonischen WNT-Signalwegs stellt damit einen vielversprechenden Weg zur verbesserten Knorpelherstellung aus MSCs dar.