Tissue Engineering bietet Therapieoptionen wie die autologe Chondrozytentrans-plantation, verknüpft mit dem Nachteil, dass bei der Zellentnahme gesundes Gewebe verletzt wird (Donormorbidität). Einfacher lassen sich humane mesenchymalen Stammzellen aus dem Beckenkamm gewinnen, in vitro proliferieren und zu reifen Chondrozyten differenzieren (11, 50, 80, 89, 93, 102, 112). In vitro aber ...
Abstract (German)
Tissue Engineering bietet Therapieoptionen wie die autologe Chondrozytentrans-plantation, verknüpft mit dem Nachteil, dass bei der Zellentnahme gesundes Gewebe verletzt wird (Donormorbidität). Einfacher lassen sich humane mesenchymalen Stammzellen aus dem Beckenkamm gewinnen, in vitro proliferieren und zu reifen Chondrozyten differenzieren (11, 50, 80, 89, 93, 102, 112). In vitro aber exprimierten chondrogen vordifferenzierter MSCs Hypertrophiemarker, in vivo kalzifizierten und vaskularisierten die ektop implantierte Pellets (85). Es stellt sich die Frage nach einem stabilen chondrogenem Phänotyp in einem eventuell praxisrelevanteren Kultursystem unter Beherrschung der Hypertrophie. In diesem Versuch wurden humane mesenchymale Stammzellen in einer Matrixkultur mit TGF-β und Dexamethason chondrogen vordifferenziert. An Tag 14 ersetzte Triiodthyronin zur Hypertrophieinduktion diese chondrogenen Stimuli für weitere 14 Ta-ge. In der hypertrophen Gruppe nahm der Glykosaminoglykangehalt ab und stieg die Alkalischen-Phosphatase-Aktivität bereits an Tag 21 stärker an als in der chondrogenen Kontrolle. Histologisch waren die Zellen im Vergleich zur Kontrolle jedoch nicht vergrößert und fast negativ für Kollagen-X. Als möglicher Hemmfaktor der Hypertrophie fungierte PTHrP, das laut Vorversuchen in einer Konzentration von 100 pM die Chondrogenese nicht hemmt. Tatsächlich unterschieden sich die chondrogene Kontroll- und chondrogene PTHrP-Vergleichsgruppe histologisch nicht. Biochemisch war die Alkalische-Phosphatase-Aktivität der chondrogenen PTHrP-Vergleichsgruppe zur Kontrolle signifikant verringert. Die hypertrophe PTHrP-Vergleichsgruppe wies sowohl eine reduzierte Alkalische-Phosphatase-Aktivität als auch ein histologisch dedifferenziertes Zellbild auf, vermutlich auf Grund einer mangelhafteren chondrogenen Vordifferenzierung. In der Matrixkultur gelang es somit, humane mesenchymale Stammzellen zu einem chondrogenen Phänotyp zu differenzieren, um anschließend Hypertrophie zu induzieren, sodass es zu einer Abnahme des Glykosaminoglykangehaltes und zu signifikanten Anstiegen der Alkalischen-Phosphatase-Aktivität kam. In einer PTHrP-Vergleichsgruppe war diese wiederum signifikant verringert. Um die erlangten Erkenntnisse zu erweitern, sollte das etablierte Modell nun auf einen in vivo Versuch zu übertragen.
Translation of the abstract (English)
Tissue engineering offers therapy concepts like the autologous chondrocyte transplantation going along with the drawback of injured healthy tissue (donormorbidity). Human mesenchymal stem cells (MSC) are easily extracted from the iliac crest, in vitro proliferated and differentiated to mature chondrocytes (11, 50, 80, 89, 93, 102, 112). But predifferentiated MSCs expressed hypertrophic markers in ...
Translation of the abstract (English)
Tissue engineering offers therapy concepts like the autologous chondrocyte transplantation going along with the drawback of injured healthy tissue (donormorbidity). Human mesenchymal stem cells (MSC) are easily extracted from the iliac crest, in vitro proliferated and differentiated to mature chondrocytes (11, 50, 80, 89, 93, 102, 112). But predifferentiated MSCs expressed hypertrophic markers in vitro and chondrogenically differentiated pellets of MSCs showed vascularization and mineralization after in vivo implantation (85). There is a demand for a stable chondrogenic phenotype in a more workable culture system whereas hypertrophic developments should be controlled. This experiment should examine the induction of hypertrophy in a three dimensional culture system of chondrifying MSCs and the inhibition of hypertrophy by PTHrP. MSCs were chondrogenically differentiated by TGF-beta and dexamethasone. On day 14 these chondrogenic stimulis were replaced by triiodthyronine for another 14 days. The content of glycosaminoglycan declined and alcaline-phosphatase-activity already raised in the hypertrophic group on day 21, more intensively as in the chondrogenic group. The cells did not increase and were nearly negativ for collagen-X. PTHrP served as a probable inhibitor of hypertrophy not restraining chondrogenesis in a concentration of 100 pM as former experiments had shown. Actually there were no histological differences between the chondrogenic control and the chondrogenic PTHrP-group. Alcaline phosphatase activity was significantly reduced in the chondrogenic PTHrP-group compared to the control. The hypertrophic PTHrP-group showed both a reduced alcaline phosphatase activity and a histologically dedifferentiated morphology probably because of an inefficient chronogenic differentiation on day 14. Thus it was successful to differentiate MSCs to a chondrogenic phenotype in a three dimensional culture and to induce hypertrophy subsequently to achieve a reduced content of glycosaminoglycan and a raised alcaline phosphatase activity. Alcaline phosphatase activity was significantly reduced in the PTHrP-group. Now this established model should be transferred to an in vivo experiment to extend the findings.
Download Statistics