TGF-β1-freisetzende Poly(Ether-Ester)-Multiblock-Scaffolds ermöglichen eine effiziente chondrogene Differenzierung von human mesenchymalen Stammzellen
Rey Rico A, Venkatasan JK, Sohier G, Moroni L, Madry H
Fragestellung: Die Verbesserung der Chondrogenese von mesenchymalen Stammzellen (hMSZs) ist ein Ziel zur Verbesserung der Knorpelreparatur. Der Wachstumsfaktor TGF-β ist ein kritischer Induktor der Chondrogenese. Jedoch limitiert seine kurze Halbwertzeit seinen klinischen Nutzen. Wir testeten die Eignung von mit TGF-β1 beschichteten porösen Scaffolds zur verzögerten Freisetzung von TGF-β1 und effizienten chondrogenen Differenzierung von hMSZ ohne zusätzliche Zugabe von TGF-β.
Methodik: Poly(Ether-Ester)-Multiblock-Scaffolds wurden mit TGF-β beschichtet. Anschließend wurden Zellaggregate von hMSZs über 21 Tage in chondrogenem Medium (ohne oder mit TGF-β) kultiviert: Pellets ohne Scaffold mit TGF-β1 (10 ng/ml) (Gruppe 1); Pellets mit unbeladenen Scaffolds mit TGF-β1 (Gruppe 2); Pellets mit TGF-β1-beladenen Scaffolds (TGF-β-Scaffolds), ohne TGF-β1 (Gruppe 3); Pellets mit unbeladenen Scaffolds ohne TGF-β1 (Gruppe 4). TGF-β1 wurde per ELISA quantifiziert, Pelletgröße digital bestimmt. Paraffinschnitte wurden mit Toluidinblau, H&E und Alizarinrot sowie per Typ-II- und -X-Kollagenimmunhistochemie gefärbt. Grad der Chondrogenese und hypertrophe Differenzierung wurde per Bewertungssystem, Glykosaminoglykan- (GAG) und DNS-Gehalt wurden biochemisch bestimmt, Genexpression per Realtime-RT-PCR analysiert. Daten sind als Mittelwert ± Standardabweichung dargestellt (jede Kondition: 3 Pellets, n=3 Experimente).
Ergebnisse: Ergebnisse: TGF-β-Scaffolds setzten TGF-β1 kontrolliert für mindestens 21 Tage frei, mit einer Abgabe von ~10% innerhalb dieser Zeit. Während Pellets in Gruppe 4 zerfielen, waren die Durchschnittsgrößen der Pellets der übrigen Gruppen gleich (Gruppe 1: 1,02±0,06 mm; Gruppe 2: 1,02±0,06 mm; Gruppe 3: 1,00±0,04 mm)(P ≥ 0,3). Vergleichbare Muster der Chondrogenese zeigten sich bei Pellets mit TGF-β-Scaffolds (Gruppe 3) und den Gruppen 1 und 2 (Gesamtscore: 8,13±0,06; 8,79±0,29 und 9,13±0,18; jeweils Gruppen 1-3) versus 0,58±0,12 in der Abwesenheit von TGF-β1 (Gruppe 4). Der höchste GAG-Gehalt der Pellets (≥ 94% im Pellet, ≤ 6% sezerniert) wurde in allen mit TGF-β1 behandelten Pellets (Gruppen 1-3) nachgewiesen, im Vergleich mit Pellets der Negativkontrolle (~60% im Pellet, ~40% sezerniert; Gruppe 4). Keine hypertrophen Veränderungen fanden sich in den TGF-β1-behandelten Pellets (Gesamtswert: 2,25±0,12; 2,21±0,18 und 2,29±0,06; jeweils Gruppen 1-3) im Vergleich mit Kontrollpellets (4,96±0,41; Gruppe 4). TGF-β1-Scaffolds stimulierten eine ~200- bzw. 700-fache Erhöhung der Aggrecan- bzw. Typ-II-Kollagen-Expression verglichen mit der Zugabe von TGF-β1 zum Medium.
Schlussfolgerungen: TGF-β1-beladene Multiblock-Scaffolds geben kontrolliert bioaktives TGF-β1 ab. Sie erlauben die Chondrogenese von hMSZ ohne Zugabe von exogenem TGF-β1. Diese Scaffolds könnten klinisch zukünftig bei der Mikrofrakturierung fokaler Knorpeldefekte in die Perforationen des subchondralen Knochens implantiert werden, um die Knorpelreparatur zu verbessern.
Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2014). Berlin, 28.-31.10.2014. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2014. DocGR15-1056
doi: 10.3205/14dkou504, urn:nbn:de:0183-14dkou5049
Published: October 13, 2014
© 2014 Rey Rico et al.
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