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Einleitung: Zur in vitro Generierung von vaskularisiertem Knochen sind autologe, pluripotente Zellen mit der Fähigkeit zur osteoblastären Differenzierung ein vielversprechendes Ausgangsmaterial. Sowohl für mesenchymale Stammzellen aus dem Knochenmark als auch für Monozyten aus dem peripheren Blut konnte bereits ein osteogenes Differenzierungspotenzial gezeigt werden. Ziel dieser Studie ist es, den Grad der osteoblastären Differenzierung von mesenchymalen Stammzellen und Monozyten durch ein genaueres Charakterisierungsprofil zu beschreiben.

Material und Methoden: Mesenchymale Stammzellen (MSCs) und primäre Osteoblasten wurden aus Knochenmark bzw. Spongiosa, Monozyten aus peripherem, venösem Vollblut gewonnen. Die Kultivierung der MSCs und der Osteoblasten erfolgte mit Medium ohne Zusatz von Zytokinen. Die Monozyten wurden in beschichteten (Fibronectin, FCS) und unbeschichteten Schalen kultiviert und es erfolgte eine unterschiedliche Vorbehandlung der Zellen (Kultivierung in Normmedium, Dedifferenzierungsmedium [Normmedium mit IL3, M-CSF und ß-Mercaptoethanol], mit CD14-negativen Zellen konditioniertem Medium). Die osteoblastäre Differenzierung der MSCs und der vorbehandelten Monozyten erfolgte durch Kultivierung in Differenzierungsmedium (Normmedium mit Dexamethason, ß-Glycerophosphat Ascorbinsäurephosphat). Um das Proliferationsvermögen zu untersuchen, wurden die Zellen acht Wochen kultiviert und deren Dichte regelmäßig lichtmikroskopisch bzw. durch Alamar-Blue-Viabilitätstests dokumentiert. Überprüft wurde die osteoblastäre Differenzierung durch Detektion von mineralisierter Extrazellulärmatrix sowie von alkalischer Phosphataseaktivität. Desweiteren wurde ein Expressionsmuster von osteoblastären Markergenen auf RNA-Ebene erstellt.

Ergebnisse: Eine Differenzierung der Monozyten und MSCs zu Zellen mit osteoblastären Eigenschaften konnte erreicht werden, jedoch zeigten die MSCs hierbei eine höhere Effizienz hinsichtlich ihrer Differenzierbarkeit und ihres Proliferationvermögens. In der Monozytenkultur konnte durch Kultivierung mit autologem Serum im Vergleich zur Kultivierung mit AB-Seren oder FCS eine Verbesserung der Proliferations- und Differenzierungseffizienz erreicht werden. Es wurde beobachtet, dass die unterschiedlichen Beschichtungen und Vorbehandlungen der Monozyten einen deutlichen Unterschied hinsichtlich der Zellproliferation bedingten. Das Expressionsmuster der MSCs für osteoblastäre Markergene zeigte sich sehr ähnlich im Vergleich zu dem primärer Osteoblasten. Trotz des Nachweises von AP-Aktivität und mineralisierter Matrix zeigten Monozyten ein deutlich unterschiedliches Expressionsprofil. Dieser Nachweis war verstärkt nach Vorbehandlung mit konditioniertem Medium auf Fibronectin beschichteten Platten.

Schlussfolgerung: Monozyten lassen sich in Zellen mit osteoblastären Eigenschaften differenzieren. Eine Vorbehandlung der Zellen mit konditioniertem Medium führte zu einer Verbesserung der Differenzierungseffizienz, welche noch gesteigert werden muss. Die zum Osteoblastennachweis weit verbreitete Detektion von alkalischer Phosphataseaktivität und mineralisierter Matrix genügt nicht, um von einer Differenzierung der Zellen in Osteoblasten zu sprechen. Um ein vollständigeres Bild des osteogenen Differenzierungsgrades zu erhalten, erarbeiten wir derzeit ein erweitertes Expressionsmuster von osteoblastären Markergenen auf RNA-Ebene sowie weitere Differenzierungscharakteristika auf Protein- sowie Funktionsebene.