Haben programmable cells of monocytic origin (PCMOs) als Stammzellen des peripheren Blutes das Potential, durch Stimulation mit bone morphogenetic protein (BMP)-7 und -2 zu Kollagen Typ II produzierenden Chondrozyten differenziert zu werden?

Engels, Stefanie

Degenerative Veränderungen in menschlichen Gelenken sind häufig (Osteoarthrose, OA) und stellen für die Betroffenen eine starke Einschränkung der Lebensqualität dar. Im Vordergrund stehen hierbei starke Schmerzen und die Bewegungseinschränkung durch die Erkrankung. Bei einer Defektgröße kleiner 6 cm² kann heute auf das Verfahren der autologen Chondrozytentransplantation (ACT) zurückgegriffen werden. Bei größeren Defekten und chronischen Beschwerden muss auch heute noch das Gelenk endoprothetisch ersetzt werden. Die heute verwendeten Prothesen sind in Qualität und Anpassungsfähigkeit verbessert worden; derzeit gibt es jedoch keine Möglichkeit OA ursächlich zu heilen. Aus diesem Grund werden neue Verfahren benötig, wenn das ehrgeizige Ziel erreicht werden soll, OA nicht nur symptomorientiert zu behandeln. Eine dieser neuen Methoden könnte die in dieser Arbeit vorgestellte sein. Ähnlich wie bei der ACT wird im vorgestellten Verfahren aus körpereigenen Stammzellen Knorpelgewebe bzw. Knorpelzellen gezüchtet, das direkt in den Knorpeldefekt eingebracht werden kann, um eine Regeneration des Knorpels zu erreichen. In der vorliegenden Arbeit wurden monozytäre Stammzellen des peripheren Blutes isoliert und dedifferenziert. Unter Stimulation mit den Wachstumsfaktoren Bone morphogenetic protein BMP-2 und BMP-7 und deren Kombination konnte eine morphologische Transformation zu chondrozytären Zellen elektronenmikroskopisch nachgewiesen werden. Kollagen Typ II Synthese konnte nur durch Stimulation mit BMP-2 und der kombinierten Stimulation von BMP-2 und BMP-7, im ELISA und mittels RT-PCR nachgewiesen werden. In der Immunhistochemie fand sich eine positive Kollagen Typ II Färbung nach Stimulation mit allen Wachstumsfaktoren. Nach Stimulation mit BMP-2 lies sich auch nach vierwöchiger Stimulation noch der Nachweis von Kollagen Typ I erbringen, das im Laufe der Stimulation bei allen anderen Wachstumsfaktoren nicht mehr nachzuweisen war. Die publizierten Daten für mesenchymale, aus dem Knochenmark gewonnene Stammzellen (MSC), zeigten ein gutes Potential zur chondrozytären Differenzierung und wurden bereits im Tiermodell in vivo getestet. Das große Problem dieser Stammzellen ist jedoch ihre geringe Verfügbarkeit, da ein invasiver Eingriff (Knochenmarkspunktion) zur Gewinnung notwendig ist und sie bei Menschen über 50 Jahren nicht mehr isoliert werden können. Zur therapeutischen Anwendung würden sie in Massen benötig werden, um Effekte zu erzielen. PCMOs, die unter ähnlichen Bedingungen kultiviert wurden wie MSCs, zeigen in dieser Arbeit sehr ähnliche Ergebnisse. BMP-2 und BMP-7 sind in der Chondrogenese wichtige Wachstumsfaktoren, die auch in der chondrozytären Differenzierung von PCMOs eine Rolle zu spielen scheinen. Ihre Bedeutung für die initiale Transformation der PCMOs in Monolayer Kultur ist aus den erhobenen Daten als eher geringfügig zu bewerten. BMP-7 übt nach den hier erhobenen Daten den geringsten Reiz auf die chondrozytäre Differenzierung von PCMOs aus. BMP-2 und BMP-7 könnten jedoch stärkere stimulatorische Effekte in einem dreidimensionalen Kulturmodell erzielen. In der Literatur finden sich viele Hinweise, dass BMP-2 und BMP-7 gerade in Kombination mit einer erhöhten Zelladhärenz (3D-Kulturmodell), die ein wichtiger Faktor in der Chondrogenese ist, ihre höchsten stimulatorischen Effekte erzielen. BMP-7, als wichtiger Induktor der Reparatur von Knorpel und Knochen, sollte im Hinblick auf die spätere ggf. mögliche klinische Anwendung nicht aus den Augen verloren werden. Beide Wachstumsfaktoren sind in der Literatur durch Steigerung der Zellproliferation und Produktion von Extrazellulär Matrix als besonders potente Stimulatoren der Gewebeneubildung bekannt. BMP-2 und -7 werden nach den bisherigen Ergebnissen, wohl eher eine Rolle in der 3D Kultur und in der späteren Gewebsbildung spielen, als für die initiale Transformation der Zellen. Diese Arbeit konnte das Potential der PCMOs zur chondrozytären Differenzierung zeigen und eröffnet eine neue Perspektive des Tissue Engineerings. Weitere wichtige Untersuchungen müssen allerdings folgen, um eine endgültige Aussage treffen zu können. Eine Untersuchung zur Analyse von PCMOs in einer dreidimensionalen Matrix ist bereits geplant. Aufgrund der anhaltenden Kollagen Typ I Produktion der Zellen sollte ebenfalls über eine Modifizierung des Wachstumsfaktorcocktails nachgedacht werden. Sollte sich dieses Modell über kurz oder lang auch in vivo bewähren, könnte es Anwendung in der Therapie von OA und traumatisch bedingten Knorpelschäden finden und damit vielleicht ein weniger invasiver, wenn nicht vielleicht sogar kurativer Therapieansatz gefunden sein.

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Engels, Stefanie: Haben programmable cells of monocytic origin (PCMOs) als Stammzellen des peripheren Blutes das Potential, durch Stimulation mit bone morphogenetic protein (BMP)-7 und -2 zu Kollagen Typ II produzierenden Chondrozyten differenziert zu werden?.

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