Die Wahl des Hydrogels reguliert die differenzielle Syntheseleistung humaner Chondrozyten unter biomechanischer Stimulation
Rothdiener M, Felka T, Uynuk-Ool T, Fischer A, Aicher WK, Stöckle U, Grodzinsky AJ, Rolauffs B
Fragestellung: Der hyaline Gelenkknorpel ist ein druck- und biegungselastisches, gefäßloses Stützgewebe. Seine Zellen, die Chondrozyten, sind für die Produktion, Erhaltung und Reparatur der extrazellulären Matrix (EZM) verantwortlich. Die perizelluläre Matrix (PZM), die die Chondrozyten innerhalb der EZM umgibt, überträgt biomechanische und biochemische Signale zwischen der Zelle und der EZM1. Die Erkrankung der Osteoarthrose (OA) geht mit der Degeneration von EZM und PZM einher. Wir haben gezeigt, dass OA-Chondrozyten ohne PZM in vitro in ihren zellulären Funktionen OA-Chondrozyten mit PZM unterlegen sind [1]. In der vorliegenden Studie untersuchten wir die Auswirkung biomechanischer Stimulation auf die Biosynthese von OA-Chondrozyten mit PZM, auch in Abhängigkeit des OA-Grads. Die Eignung von arthrotischem Knorpelgewebe für die autologe Therapie sollte so überprüft werden.
Methodik: Chondrozyten mit PZM wurden im Zuge von Kniegelenkersatz enzymatisch aus humanem Knorpelgewebe gewonnen (n=42; Mittel: 68 Jahre). Die Zellen wurden entweder in einem Peptid Hydrogel (Sequenz AcN-KLDLKLDLKLDL-CNH2) oder einem Dextran Hydrogel (Cellendes, Reutlingen) unter Standardbedingungen (F12:DMEM 1:1, 10% FCS, 0,1% Ascorbat) kultiviert und biomechanisch stimuliert (6 Wochen intermittierend, 2.5% dynamische Kompression). Synthese und Abbau von Kollagen II wurden mittels CPII Propeptid bzw. C2C Neoepitop ELISA (Ibex, CAN) bestimmt, der Glycosaminoglycan (GAG) -Gehalt mittels Dimethylmethylenblau (DMMB) -Assay. Der OA-Grad wurde mit Hilfe der Kellgren-Lawrence Skala quantifiziert.
Ergebnisse und Schlussfolgerung: In unstimulierten Peptid Hydrogel Kulturen korrelierte die Kollagen II Synthese mit dem OA-Grad (p<0,05). Biomechanisch stimulierte Chondrozyten produzierten im Vergleich zu unstimulierten Kontrollen signifikant höhere Mengen an CPII (p<0,05) und C2C (p<0,05). Dabei konnten Kulturen mit ohnehin guter Kollagen II Synthese durch Stimulation nicht gesteigert werden, während Kulturen mit geringer Kollagen II Synthese durch Stimulation signifikant (p<0,05) gegenüber den Kontrollen auf das Niveau der guten Kulturen gesteigert werden konnten. Die GAG Synthese konnte durch Stimulation im Peptid Hydrogel nicht gesteigert werden. Im Gegensatz dazu synthetisierten die im Dextran Hydrogel stimulierten Chondrozyten signifikant höhere Mengen an GAG (p<0,05) als die unstimulierten Kontrollen. Die Kollagen II Synthese stieg hingegen erst nach 6 wöchiger Stimulation gegenüber der Kontrolle signifikant an (p<0,05).
Die Art des gewählten Hydrogels war verantwortlich für die differenzielle Hochregulation der Kollagen II bzw. GAG Synthese unter biomechanischer Stimulation. Diese zeigte auch eine Abhängigkeit von der Schwere der OA. Generell konnten arthrotische Chondrozyten mit PZM unter Erhaltung ihrer Funktion effektiv isoliert und kultiviert werden.
Literatur
1.Rothdiener M, et al. OA-Chondrone übertreffen OA-Chondrozyten in ihrer zellulären Funktion: eine Rolle im Tissue Engineering? In: Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2012). Berlin, 23.-26.10.2012. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2012. DocGR19-859. DOI: 10.3205/12dkou488
2.Poole CA. Articular cartilage chondrons: form, function and failure. J Anat. 1997 Jul;191 (Pt 1):1-13. DOI: 10.1046/j.1469-7580.1997.19110001.x
Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2014). Berlin, 28.-31.10.2014. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2014. DocGR16-987
doi: 10.3205/14dkou514 , urn:nbn:de:0183-14dkou5147
Published: October 13, 2014
© 2014 Rothdiener et al.
This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License (http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/deed.en). You are free: to Share – to copy, distribute and transmit the work, provided the original author and source are credited.