Parakriner Einfluss von Osteoarthroseknorpel auf die chondrogene Differenzierung humaner RS-Zellen

Item type:	Thesis of the University of Regensburg (PhD)
Date:	27 March 2012
Referee:	Prof. Dr. Susanne Grässel and Prof. Dr. Peter Angele
Date of exam:	29 February 2012
Institutions:	Medicine > Lehrstuhl für Orthopädie
Keywords:	Knorpel, Tissue Engineering, Chondrogenese, Humane RS-Zellen, Mesenchymale Stammzellen, Matrix Metalloproteinasen, Kokultur
Dewey Decimal Classification:	600 Technology > 610 Medical sciences Medicine
Status:	Published
Refereed:	Yes, this version has been refereed
Created at the University of Regensburg:	Yes
Item ID:	23651

Abstract (German)

Im Rahmen dieser Doktorarbeit sollte ein potentiell regulierender Einfluss von löslichen, parakrinen Faktoren, produziert von reifen Chondrozyten auf die chondrogene Differenzierung von humanen, mesenchymalen Stammzellen nachgewiesen werden. Hierfür wurde ein Zellkulturmodell etabliert, in dem Chondrozyten und hRS getrennt voneinander kultiviert wurden und der Kontakt zwischen beiden Zelltypen ...

Abstract (German)

Im Rahmen dieser Doktorarbeit sollte ein potentiell regulierender Einfluss von löslichen, parakrinen Faktoren, produziert von reifen Chondrozyten auf die chondrogene Differenzierung von humanen, mesenchymalen Stammzellen nachgewiesen werden. Hierfür wurde ein Zellkulturmodell etabliert, in dem Chondrozyten und hRS getrennt voneinander kultiviert wurden und der Kontakt zwischen beiden Zelltypen auf lösliche Faktoren beschränkt war. Dies wird durch die Zugabe des bei den Chondrozyten konditionierten Zellkulturüberstandes zu den MSCs erreicht.
Das etablierte Zellkultursystem ist gut dazu geeignet die chondrogene Differenzierung von humanen RS-Zellen zu unterstützen, da in beiden Kulturansätzen typische chondrogene Markerproteine in den Zellkulturüberstand nachgewiesen werden konnten.
Die Ergebnisse zeigen weiterhin, dass lösliche Faktoren die chondrogene Differenzierung der hRS fördern. Eine Schlüsselrolle in diesem System könnten die beiden Matrixmetalloproteinasen MMP-2 und MMP-13 einnehmen. Beide Proteinasen besitzen zahlreiche wichtige Funktionen im Prozess der chondrogenen Differenzierung. Ein wichtiges Beispiel ist die Fähigkeit, von MMPs latentes TGF-ß aus der extrazellulären Matrix freizusetzen, um auf diesem Weg die Chondrogenese zu fördern. Dies korreliert auch gut mit den Ergebnissen dieser Arbeit, da im Zellkulturüberstand der konditionierten Pellets signifikant höhere Mengen an TGF-ß1 nachgewiesen wurden. Zusammen mit dem exogen zugeführten TGF-ß3 ist dieser Wachstumsfaktor in der Lage die Genexpression der chondrogenen Markergene wie COL2A1 und Aggrecan zu steigern. Dass auf Ebene der Proteinsekretion keine Unterschiede zwischen den beiden Kulturbedingungen bestehen, liegt in erster Linie an der Dauer der Zellkulturperiode, die zu kurz ist, um die langwierigen Veränderungen auf Ebene der Proteinsekretion darzustellen.
Analog zu vergangenen Studien mit artikulären Chondrozyten, wie zum Beispiel die Studien von Jikko et al.,konnte auch im Rahmen dieser Arbeit keine hypertrophe Differenzierung der Chondrozyten nachgewiesen werden.

Translation of the abstract (English)

This in vitro study aimed to identify the effect of soluble signalling factors derived from human osteoarthritic cartilage on human RS-cells. This co-culture setup prevented the cross-talk between the two cell-types, and only the influence of stable, soluble factors secreted into the cell culture supernatant by cartilage explants was investigated. The cells were cultivated in micromass pellets ...

Translation of the abstract (English)

This in vitro study aimed to identify the effect of soluble signalling factors derived from human osteoarthritic cartilage on human RS-cells. This co-culture setup prevented the cross-talk between the two cell-types, and only the influence of stable, soluble factors secreted into the cell culture supernatant by cartilage explants was investigated.
The cells were cultivated in micromass pellets under serum-free conditions. This culture system has the advantage to permit the maintenance of chondrocyte morphology and induce the chondrogenic phenotype.
Positive alcian blue and collagen II staining indicating chondrogenesis confirmed chondrogenic differentiation of the multipotent hRS-cells. Furthermore we observed a significant increase of the chondrogenic marker genes Aggrecan, COL2A1 and COMP under the influence of soluble signalling factors.
The two matrix metalloproteinase MMP-2 and MMP-9 may have a key role in this culture system. Both MMPs are able to activate latent tgfß stored in the extracellular matrix. We could detect a significant higher level of tgfß-1 in the co-culture supernatants.The released tgfß-1 in combination with the exogen supplied tgfß-3 may be responsible for the increased chondrogenic differentiation in the co-culture setup.
We were not able to detect any differences between the two culture conditions at the level of protein secretion. A possible explanation for this could be the short time duration of the cell culture setup that is not long enough to represent the slow processes of protein secretion.
Similar to many other studies with articular chondrocytes, we found no hypertrophic differentiation of mesenchymal stem cells.

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