CD271+ Zellen aus dem Knochenmark zur Herstellung von Knorpeltransplantaten im Schafsmodell
Petters O, Schmidt C, Zscharnack M, Marquaß B, Josten C, Schulz R
Fragestellung: Die Therapie von fokalen Schäden des hyalinen Knorpelgelenks kennt bereits verschiedene Ansätze der autologen Zelltherapie. Der gängige Einsatz von Chondrozyten im Rahmen einer (M)ACT bringt u.a. den Nachteil der Entnahmemorbidität von gesundem Knorpel mit sich. Die Mikrofrakturierung beinhaltet mittelfristig das Risiko der Bildung von minderwertigem Faserknorpel. Aktuelle Fallstudien zur Nutzung von Knochenmarkkonzentrat (BMAC) zeigen gute Therapieerfolge hinsichtlich der Regeneratqualität. Das BMAC enthält allerdings eine heterogene Mischung von Zellen, wobei derzeit unklar ist, welche Population für die Knorpelregeneration verantwortlich ist.
Wir konnten bereits in vitro zeigen, dass MSCs der CD271-positiven Subpopulation aus dem Schaf isoliert werden können und diese für die Regeneration von hyalinem Knorpel prädestiniert sind. Das Ziel war es nun zu zeigen, dass diese Zellen auch die qualitativen Anforderungen an eine Zelltherapie erfüllen (z.B. Identität, Reinheit und Potenz).
Methodik: Aus dem Knochenmarkaspirat von adulten Merinoschafen wurden mittels Erylyse die mononukleäre Zellen (bmMNCs) isoliert. Im Anschluss wurde ein Teil der Zellen mit CD271-spezifischen Magnetbeads markiert und über eine magnetische Zellseparation (MACS) aufgereinigt. CD271-positive MNCs, CD271-negative MNCs, unsortierte bmMNCs sowie primäre ovine Chondrozyten wurden in eine klinisch angewandte Kollagen-I-Matrix (Arthro Kinetics) eingesät und für 2 bzw. 3 Wochen chondrogen differenziert. Die Multipotenz und die Anzahl der koloniebildenden Einheiten (CFUs) wurden parallel untersucht. Die Analyse der zell-besiedelten Gele beinhaltet die Bestimmung der Zellzahl, des Glykosaminoglykan-Gehalts (sGAG), makroskopische, histo- und immunhistologische Untersuchungen sowie die Erhebung von qPCR-Profilen relevanter knorpelspezifischer Marker.
Ergebnisse und Schlussfolgerung: Es konnte gezeigt werden, dass ovine, CD271-positive MNCs nahezu alle koloniebildenen Zellen im Vergleich zu CD271-negativen MNCs enthalten (2,8 vs. 0,4 CFUs / 1.000 Zellen). Die Multipotenz konnte bei allen sortierten und unsortierten bmMNC-Gruppen nachgewiesen werden.
Die 3D-Kultivierung in den Hydrogelen zeigte nach 2 bzw. 3 Wochen Inkubation, dass die CD271-positiven MNCs selbst bei 16fach niedrigerer Einsaatdichte vergleichbare Resultate hinsichtlich der Zellzahl, der -viablilität und des sGAG-Gehalts im Vergleich zu den unsortierten bmMNCs erreichen.
Mithilfe der hier skizzierten Voranreicherung potenter CD271-positiver Zellen konnte somit das Einbringen von nicht-chondrogen differenzierbaren Zellen in das autologe Knorpeltransplantat reduziert werden. Der klinische Einsatz am Menschen mithilfe des CE-zertifizierten CliniMACS Prodigy® (Miltenyi Biotec) ist in Vorbereitung. Hiermit ist zukünftig eine einzeitige, intraoperative Therapie von vollschichtigen, fokalen Knorpelschäden des Femorotibialgelenks möglich.
Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2014). Berlin, 28.-31.10.2014. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2014. DocSA33-1006
doi: 10.3205/14dkou575, urn:nbn:de:0183-14dkou5751
Published: October 13, 2014
© 2014 Petters et al.
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