Vergleich des Potenzials autogener und allogener mesechymaler Stammzellen zur Regenration von Knochendefekten im Mausmodell
Rapp A, Bindl R, Erbacher A, Kemmler J, Müller I, Rojewski M, Schrezenmeier H, Ignatius A
Fragestellung: Durch ihres hohen Regenerationspotenzials und ihrer geringen Immunogenität stellen mesenchymale Stammzellen ein vielversprechendes Werkzeug für die Behandlung von Knochendefekten dar. Während der Nutzen autogener Stammzellen für die Knochenregeneration anerkannt ist (Kon et al. 2000, Hernigou et al. 2005), ist die Nutzbarkeit allogener Zellen weniger untersucht. Kürzlich wurde in einer experimentellen Studie eine gleichwertige Knochenbildung nach Verwendung autogener und allogener MSC berichtet (Berner et al. 2013). In anderen Ansätzen wurde jedoch eine geringere Wirkung der allogenen MSC auf die Knochenbildung beschrieben (Niemeyer et al. 2010). Da die Nutzung allogener MSC die größten Nachteile autogener Zellen wie limitierte Verfügbarkeit und langwierige Expansion beheben würde, sind weitere Untersuchungen zur Nutzbarkeit allogener MSC nötig. In dieser Studie vergleichen wir das Potenzial autogener und allogener MSC zur Regeneration von Knochendefekten in einem humanisierten Maus-Modell.
Methodik: Um eine Maus mit humanisiertem Immunsystem zu generieren wurden NOD/scid-Il2Rγ 0-Mäuse sublethal bestrahlt und mit humanen hämatopoetischen Stammzellen behandelt. Nach der Rekonstitution des Immunsystems wurde ein 1 mm Defekt im rechten Femur geschaffen und mit einem Fixateur externe stabilisiert. Der Defekt wurde mit autogenen oder allogenen MSC in einer Kollagenmatrix oder nur Kollagen gefüllt. Die Tiere wurden nach 10 oder 35 Tagen getötet. Die Heilung wurde mittels μCT und Histomorphometrie untersucht. Die Anwesenheit der transplantierten Zellen wurde durch Färbung von humanem β2-Microglobulin untersucht, zudem wurden humane CD8+-T-Zellen, CD31 und Runx2 mittels Immunfärbung nachgewiesen.
Ergebnisse und Schlussfolgerung: Die transplantierten Zellen konnten an Tag 10 und 35 durch Färbung des humanen β2-Microglobulins in Defekten der autogenen und allogenen Behandlungsgruppe nachgewiesen werden. Im μCT wurde ein signifikant höherer Knochenanteil am Kallusvolumen (BV/TV) in der autogenen Gruppe im Vergleich zur allogenen (+129%) oder zellfreien (+127%) Gruppe detektiert. Dies wurde durch histomorphometrische Analysen bestätigt. Die Färbung von CD8 deutete in keiner der Behandlungsgruppen auf eine gegen das Implantat gerichtete Immunreaktion hin. Die Färbung von CD31 zeigte mehr gefärbte Zellen in Defekten der autogen behandelten Tiere. Die Färbung von Runx2 fiel in der autogen behandelten Gruppe stärker aus.
Unsere Ergebnisse deuten auf eine bessere Eignung autologer MSC zur Behandlung von Knochendefekten hin. Im Vergleich mit allogenen MSC oder zellfreiem Kollagen resultierte die Behandlung mit autogenen MSC in einem signifikant höheren Kochenanteil im Defekt. Wir konnten in keiner Gruppe eine gegen das Implantat gerichtete Immunreaktion detektieren. Färbungen osteogener und angiogener Marker zeigten eine stärkere Expression in der autogen behandelten Gruppe. Die legt den Schluss nahe, dass autogene MSC die Knochenformation über eine gesteigerte Angiogenese und Osteogenese begünstigen.
Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2014). Berlin, 28.-31.10.2014. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2014. DocGR13-606
doi: 10.3205/14dkou483, urn:nbn:de:0183-14dkou4831
Published: October 13, 2014
© 2014 Rapp et al.
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