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Zielsetzung und Fragestellung: Knorpeldefekte durch Sportverletzungen sind Ursache für langfristige Gelenkschäden. Überbeanspruchung und Entzündungen des geschädigten Knorpels begünstigen die Entstehung von Arthrose. Aufgrund der begrenzten Regenerationsfähigkeit des Knorpels durch mangelnde Durchblutung, geringe Zelldichte und proinflammatorische Mediatoren heilen Mikrotraumen unzureichend, verschlechtern sich und führen zu Knorpeldefekten. Derzeitige chirurgische Methoden führen häufig zur Bildung von Faserknorpel, der für die Belastung im Kniegelenk von minderer Qualität ist.

Ziel der in vitro Studie war es, die Knorpelregeneration mittels humaner Stammzellen aus Nabelschnurgewebe (WJ-MSC) im Vergleich zur Verwendung von Knochenmarkstammzellen (BM-MSC) hinsichtlich der Bildung von hyalinem Knorpel zu untersuchen.

Material und Methoden: WJ-MSC und BM-MSC wurden 21 Tage sowohl in Pelletkulturen als auch in Monolayern kultiviert. Das von dieser Kultivierung gesammelte konditionierte Medium (CM) wurde alle 3 bis 4 Tage auf humane Chondrozytenpellets (hCh) übertragen. hCh, die in frischem Chondrozytenmedium kultiviert wurden, dienten als Kontrolle. Das CM wurde mittels ELISA und die MSC mittels Genexpressionsanalyse für Interleukin (IL) 10 und 13 sowie Wachstumsdifferenzierungsfaktor 5 (GDF-5), die hCh mittels Genexpressions- und Proteinexpressionsanalyse für chondrogene und osteogene Marker untersucht und histologisch beurteilt.

Ergebnisse: Im CM konnten weder IL-10 noch IL-13 nachgewiesen werden. GDF-5 wurde von WJ-MSCs im Vergleich zu BM-MSCs stärker sezerniert. Es konnte ein Anstieg der Genexpression der chondrogenen Marker Aggrecan und Kollagen II und XI in hCh, die mit CM von in Monolayern kultivierten WJ-MCS und BM-MSC kultiviert wurden waren, beobachtet werden. Hingegen konnte das CM von MSC Pelletkulturen die Expression der genannten Gene nicht stimulieren. Die qualitative Analyse der Proteinsekretion durch histologische Färbung und die quantitative Analyse mittels Kollagen-II-ELISA und sulfatiertem Glykosaminoglykan-Assay zeigten keine erhöhte chondrogene Matrix -Produktion.

Diskussion und Schlussfolgerung: Obwohl diese In-vitro-Studie die Bedingungen im menschlichen Körper nur begrenzt widerspiegelt, zeigt das CM von WJ-MSC ein vergleichbares Regenerationspotenzial für Knorpelgewebe wie das von BM-MSC. Die Applikationsform der Zellen könnte klinisch relevant sein, da bereits in vitro unter verschiedenen Kultivierungsbedingungen (Monolayer vs. Pellet) unterschiedliche Ergebnisse erzielt wurden. Zukünftige Studien sollten daher geeignete Applikationsmodelle weiter untersuchen.