Article
Einfluss von Poly-Lactid-Caprolacton-Implantaten auf die Proliferation und osteogene Differenzierung von humanen mesenchymalen Stammzellen
Search Medline for
Authors
-
Mirjam Wagner
- Experimentelle Unfallchirurgie, Justus-Liebig-Universität, Gießen, Germany
-
Veronika Lehner
- Experimentelle Unfallchirurgie, Justus-Liebig-Universität, Gießen, Germany
-
Christoph Biehl
- Klinik für Unfall-, Hand- und Wiederherstellungschirurgie, Universitätsklinikum Gießen GmbH, Gießen, Germany
-
Christian Heiß
- Klinik für Unfall-, Hand- und Wiederherstellungschirurgie, Universitätsklinikum Gießen GmbH, Gießen, Germany
-
Alexander Krupp
- Multiphoton Optics GmbH, Würzburg, Germany
-
Klaus Liefeith
- Institut für Bioprozess- und Analysenmesstechnik e.V. (iba), Heilbad Heiligenstadt, Germany
-
Katrin Susanne Lips
- Experimentelle Unfallchirurgie, Justus-Liebig-Universität, Gießen, Germany
| Published: | October 25, 2022 |
|---|
Outline
Text
Fragestellung: Osteochondrale Läsionen sind ein häufiges Krankheitsbild in der Orthopädie und Unfallchirurgie. In unserem BMBF-Verbundprojekt wurden neue biphasische, biomimetische Implantate mit interkonnektierenden Poren aus dem synthetischen Polymer Poly-((D,L)-Lactid- ε -Caprolacton)-dimethacrylat (LCM3) entwickelt und ihre Biokompatibilität in einer ersten Studie nachgewiesen [1]. Ziel der vorliegenden Studie war es, die Differenzierung von humanen mesenchymalen Stammzellen (hMSC) in Osteoblasten am Implantat zu untersuchen.
Methodik: Bei der endoprothetischen Routineversorgung wurde aus nicht mehr benötigtem Knochengewebe des proximalen Femurs hMSC von 6 Spendern gewonnen. Auf den porösen durch 2-Photonen-Polymerisation hergestellten LCM3-Scaffolds aus Schwarz-P-Strukturen mit einer Höhe und einem Durchmesser von 7 mm wurden die hMSC ausgesät und für 15 Tage im Bioreaktor mit osteogenem Differenzierungsmedium kultiviert. An Tag 5, 10 und 15 wurden die Proben geerntet und anschließend Proliferation, osteogene Differenzierung, Calciumverbrauch und Gesamtproteingehalt mittels qPCR, ELISA und funktionellem Assay untersucht. Die statistische Analyse erfolgte mittels Friedmann-Test und Bonferroni-Korrektur (SPSS, V27, Institut Inc., Chicago, USA).
Ergebnisse und Schlussfolgerung: Für den Proliferationsmarker MKI-67 wurde in den Scaffoldproben eine gleichbleibende Genexpression gemessen, während die Genexpression des Proliferationsmarkers Cyclin-D1 von Tag 5 zu Tag 15 signifikant anstieg (p= 0,027). Auch der Gesamtproteingehalt der Scaffoldproben stieg signifikant an (p < 0,01). RUNX2 als Marker der frühen osteogenen Differenzierung war zu allen Zeitpunkten signifikant erhöht (p < 0,05). Die Calciumkonzentration in den Scaffoldproben war im Vergleich zu den Kontrollen signifikant reduziert (p < 0,05), was auf einen erhöhten Calciumverbrauch und eine vermehrte Mineralisierung hinweist. Sowohl die Aktivität der alkalischen Phosphatase (ALP) als auch die Genexpression später osteogener Differenzierungsmarker zeigten keinen signifikanten Anstieg in den Scaffoldproben.
Zusammenfassend, weisen die hMSC ein sehr gutes Proliferationspotential sowie die Fähigkeit zur frühen osteogenen Differenzierung an den porösen LCM3-Scaffolds auf und belegen damit die Eignung der Scaffolds für die Defektheilung im Bereich des subchondralen Knochens. Die Durchbauung des subchondralen Knochens ist von großer Bedeutung für eine stufenfreie Ausheilung von Knorpelschäden im Bereich des Gelenks. In zukünftigen Langzeitstudien soll die späte osteogene Differenzierung untersucht werden.
Gefördert durch BMBF.
