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Fragestellung: Diese Studie untersuchte, ob in Knorpelläsionen transplantierte Zellsphäroide aus Chondrozyten oder Periostzellen einen Einfluss auf einwandernde mesenchymale Stromazellen aus dem Knochenmark (BMSC) haben.

Methodik: Autologe Chondrozyten oder Periostzellen wurden in Form von Sphäroiden kultiviert und anschließend in einem Miniaturschweinmodell per Press-Fit Technik in multiple Bohrfräsungen innerhalb großflächiger Knorpelläsionen der patellaren Gelenkfläche appliziert. Die subchondrale Knochenlamelle blieb durch unterschiedliche Tiefen der Bohrfräsungen entweder intakt oder wurde penetriert. Letzteres ging mit einer Arrosion des Knochenmarkraumes einher. In Zellkulturexperimenten wurden zudem sekretorische und parakrine Eigenschaften von Knorpelzell- und Periostzell-Sphäroiden untersucht.

Ergebnisse und Schlussfolgerungen: Die Transplantation von Chondrozyten-Sphäroiden in Bohrfräsungen, die den Knochenmarksraum eröffneten, führte zur Bildung von zusätzlichen sekundären Reparaturknorpel, der deutlich das ursprüngliche Volumen der Sphäroide übertraf und eine kontinuierliche Ersatzoberfläche generierte. Das sich ausbildende zusammenhängende hyalin-ähnliche Gewebe zeigte einen hohen Gehalt an Proteoglykanen und Typ II Kollagen. Die Verwendung von markierten Zellen deutete darauf hin, dass die sekundär einwandernden Zellen nicht von den transplantierten Sphäroiden stammten, sondern aus dem eröffneten Knochenmarksraum. Die Invasion und chondrogene Differenzierung einwandernder BMSCs war jedoch nur nach Transplantation von Chondrozyten-Shäroiden zu beobachten, denn transplantierte Sphäroide aus Periostzellen zeigten diese Effekte nicht. Auch war in Läsionen, in denen die Bohrfräsungen die subchondrale Knochenlamelle nicht penetrierten, keine Bildung von zusätzlichen sekundären Reparaturgewebe zu beobachten. Weiterführende Zellkulturexperimente zeigten, dass Chondrozyten-Sphäroide, nicht jedoch Periostzell-Sphäroide, relevante Mengen an Bone Morphogenetic Protein-2 (BMP-2) sezernierten. Zudem führten Chondrozyten-Sphäroide in Kokultur mit BMSCs zu einer erhöhten Expression des Transkriptionsfaktors Sox9 und unterstützten deren chondrogene Differenzierung.

Diese Studie deutet darauf hin, dass transplantierte Chondrozyten-Sphäroide zweierlei Funktionen ausüben können. Zu einen stellen sie eine Zellpopulation dar, die zur Bildung des Reparaturgewebes beiträgt, zum anderen vermitteln sie parakrine Stimuli, die das Einwandern und die chondrogene Differenzierung von BMSCs unterstützen.