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Fragestellung: Transplantation von genetisch modifizierten Meniskuszellen ist eine potentielle Methode zur Reparatur von Meniskusdefekten. Wir testeten die Hypothese, dass neuartige, optimierte, nicht-virale Vektoren effizient und sicher in der Lage sind, humane Meniskuszellen zu transfizieren. Im Hinblick auf eine spätere klinische Anwendung wurde die Transgenexpression in dreidimensionaler Kultur ermittelt.

Methodik: Meniskuszellen aus Meniskusgewebe eines Erwachsenen (hMC) und eines Kindes (hMCy) wurden isoliert, in Monolayer kultiviert und in Passage 3–4, bzw. 5–8 mit dem Luziferase-Gen (pCMVluc) und dem E.coli lacZ-Gen (pCMVlacZ) transfiziert. Zum Gentransfer wurde FuGENE 6 (Roche), GeneJammer (Stratagene), TurboFectin 8 (ORIGENE), Lipofectamin2000 und DMRIE-C (beide Invitrogen), Metafectin (Biontex), Nanofectin1 und 2 (beide PAA), Calciumphosphat, TransPass (NEB), Escort III (Sigma), Dreamfect, EcoTransfect, DreamFect Gold (alle OZ Biosciences), JetPEI (Polyplus), SuperFect (Qiagen), GeneJuice (Novagen), TransIT-LT1 (Mirus) eingesetzt (Lipid/DNS-Ratio 3:1, 4 U/ml Hyaluronidase). Nach 2 Tagen wurden Transfektionseffizienz (X-Gal-Färbung), Viabilität der transfizierten Zellen (MTT-Test) und Luziferase-Aktivität (Chemolumineszenz; Promega) bestimmt. Transfizierte Zellen wurden im Monolayer, in Zellpellets und verkapselt in Alginatssphäroiden (Sigma, 1,2%ige-Lösung, 5x10e6 Zellen/ml) kultiviert. Transgen-Expression wurde an Tag 1, 2, 4, 6, 8 und 11 bestimmt. Der Mann-Whitney-Rank-Sum-Test bestimmte die Signifikanz.

Ergebnisse und Schlussfolgerungen: Die Transfektionsreagenzien FuGENE 6, GeneJammer, TurboFectin 8, GeneJuice sowie Calciumphosphat zeigten nur minimale Toxizitäten (Viabilitäten über 60% in hMC und hMCy). Transfektion mit Nanofectin 1, Nanofection2 und JetPEI resultierte in schlechteren Viabilitäten (29%; 24% und 26% in hMC und 17%, 20% und 19% in hMCy). Die höchste Luziferase-Aktivität in hMC wurde durch Nanofectin 2 erreicht (816 RLU/lebende Zelle), gefolgt von JetPEI (785 RLU/lebende Zelle) und GeneJammer (534 RLU/lebende Zelle). In hMCy-Zellen wurden maximale Transgenexpressionen mit JetPEI, Nanofectin 2 und DMRIE-C erzielt (2695, 2570, und 2029 RLU/lebende Zelle). Maximale Transfektionseffizienzen lagen bei 8,6% in hMC und 8,4% in hMCy bei der Transfektion mit Lipofectamin2000. Nanofectin 2 und JetPEI zeigten Werte von 4,4% (hMC) und 4,7% (hMCy). Die Trangenexpression in unterschiedlichen Kulturmethoden nahm über die Zeit kontinuierlich ab und erreichte an Tag 10 im Monolayer, an Tag 4 in Zellpellets und Tag 6 in Alginatsphäroiden den Wert 0 (P>0,05 im Vergleich zur Kontrolle). Zusammenfassend erwies sich Nanofectin 2 und JetPEI als die geeignetsten, um Gene in humane adulte und juvenile Meniskuszellen zu transferieren. Eine Transgenexpression konnte über 4–6 Tage in 3D-Kultursystemen nachgewiesen werden. Die Daten unterstützen das Konzept einer Anwendung von therapeutischem nichtviralem Gentransfer in humane Meniskuszellen zur Entwicklung von neuen Therapien von Meniskusläsionen.