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Fragestellung: Zur Behandlung von Knochen- und Knorpelschäden ist der Einsatz von mesenchymalen Stammzellen aus dem Knochenmark von besonderem Interesse. Um größere funktionelle Einschränkungen zu behandeln, ist der Nutzen von Zell-besiedelten 3D-Scaffolds vielversprechend. Hierfür wird ein Großtiermodell gesucht, welches die Gegebenheiten im Menschen widerspiegelt. Daher sollen die BMSC vom Menschen (hBMSC), Schaf (oBMSC) und Schwein (pBMSC) auf grundlegende Eigenschaften in vitro untersucht werden, um Gemeinsamkeiten und Unterschiede zu identifizieren und in weiterführenden Versuchen entsprechend zu berücksichtigen.

Methodik: Die BMSC wurden über einen Biocollgradienten aus dem Knochenmark aufgereinigt. Zur Untersuchung der Morphologie wurde das Aktinskelett mit Phalloidin-iFluor 488 und der Zellkern mit DAPI gefärbt. Die Proliferation wurde im zeitlichen Verlauf über die Passagen (1-7) untersucht. Zur Analyse des Selbsterneuerungspotentials wurde ein CFU-F Assay durchgeführt. Mithilfe des Scratch-Assays wurde die Migration zu verschiedenen Zeitpunkten bestimmt. Die Adhäsion der BMSC an einer Kunststoffoberfläche erfolgte nach 10, 20, 30 und 60min. Die adipogene, osteogene und chondrogene Differenzierung erfolgte über einen Zeitraum von 28 Tagen. Die statistische Auswertung erfolgte mittels Mann-Whitney-U-Test für paarweise Vergleiche und mittels Kruskal-Wallis-Test für Mehrgruppenvergleiche. Eine statistische Signifikanz lag bei p≤0,05 vor.

Ergebnisse und Schlussfolgerung: Sowohl hBMSC, als auch oBMSC weisen lange fibroblastenartige Zellfortsätze auf. oBMSC sind mit einer Größe von 139,16µm (±56,52µm; n=20) größer, als hBMSC (109,33µm (±41,39µm; n=20)). pBMSC weisen die kleinsten Zellkörper auf (53,71µm (±17,99µm; n=20). Die Proliferation, das Selbsterneuerungspotential und das Migrationsverhalten zeigten keine signifikanten Unterschiede. Bei der Untersuchung der Adhäsion zeigte sich zum Zeitpunkt 10min kein signifikanter Unterschied. Beim Zeitpunkt 20min war die Adhäsion der hBMSC mit 69,47% (52,76-82,38%) signifikant erhöht (p=0,021) zu pBMSC mit 0% (0-0,80%). Die Adhäsion von oBMSC lag bei 11,43% (6,06-21,35%). Dieser signifikante Unterschied zeigte sich auch nach 30min und 60min (30min: hBMSC 83,32% (67,67-96,61%) und pBMSC 3,60% (1,33-5,29%), (p=0,022); oBMSC 25,10% (13,43-29,72%); 60min: hBMSC 77,34% (54,38-85,88%) und pBMSC 4,13% (0-7,98%), (p=0,022); oBMSC 28,70% (14,57-43,44%)). Bei der Untersuchung des Differenzierungspotentials zeigten alle drei Spezies, dass sie in der Lage waren osteogen und adipogen zu differenzieren. Bei den pBMSC wurden allerdings freischwimmende Fetttröpfchen beobachtet, die sich nicht fixieren und anfärben ließen. Bei den oBMSC fand keine chondrogene Differenzierung statt, während diese bei den hBMSC und pBMSC erfolgreich war. Dies zeigt, dass die oBMSC bei Untersuchungen, in denen die Differenzierung der Zellen in Richtung Knorpel eine Rolle spielt, nicht geeignet sind und hier auf das Großtiermodell Schwein zurückgegriffen werden sollte.