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Fragestellung: Ansätze zur Knorpelregeneration, die auf mesenchymalen Stammzellen (MSC) basieren, bergen vielversprechende Optionen, da sie eine annähernd unbegrenzte Ressource nutzen. Da Speziesunterschiede im Verhalten von MSC bestehen, werden in vivo Modelle benötigt, in denen das Knorpelbildungspotential humaner MSC beurteilt werden kann. Derzeit werden solche Untersuchungen in immuninkompetenten Mäusen durchgeführt, deren Verwendung kostenintensiv und aufwendig ist. Fragestellung war, ob durch Immunisolation (Alginat, Dialyseschlauch (DS), DiffusionChamber (DC)) die Knorpel bildenden Eigenschaften von MSC-Konstrukten ebenso gut in immunkompetenten Mäusen untersucht werden können. Gleichzeitig sollte geprüft werden, ob die mit einer Immunabschirmung einhergehende Reduktion der Zellversorgung und damit die Annäherung an die Gelenksituation, ihre Mineralisierung vermindern kann.

Methodik: MSC aus dem Knochenmark wurden chondrogen differenziert. Die Zellpellets wurden mit Alginat, dem DS oder der DC verkapselt und parallel zu unverkapselten Kontrollpellets subkutan in immuninkompetente SCID-Mäuse sowie in immunkompetente BDF1-Mäuse implantiert. Die Explantate wurden mit Alzianblau-, Alizarinrot-, Kollagen II-Färbungen, sowie einer ALU in-situ Hybridisierung beurteilt und mittels Histologiescore doppelt blind bewertet (MannWhitneyU/WilcoxonW).

Ergebnisse und Schlussfolgerungen: Überraschenderweise zeigten die unverkapselten Kontrollen in den BDF1-Mäusen weder Zeichen von Inflammation noch von Destruktion und 4/5 der Pellets waren Koll-II und Alzianblau positiv. Gleichzeitig war der Grad der Mineralisierung in den BDF1-Mäusen gegenüber SCID-Mäusen reduziert (p=0,03). Durch Alginat wurde die Mineralisierung in den BDF1 Mäusen (0/8) völlig verhindert, während in den SCID-Mäusen noch 7/8 der Pellets Kalzifizierung zeigten (p=0,001). Die Verkapselung mit Alginat führte in beiden Mausstämmen zu höheren Scores für Koll-II (p=0,04) und zeigte gleichzeitig eine Reduktion der Mineralisierung (p=0,03). In SCID-Mäusen war außerdem der Alzianblau-Wert gegenüber den Kontrollen erhöht (p=0,003). Die DC erwies sich als ungeeignet, da die Pellets ihre knorpeligen Eigenschaften verloren. Durch die Verwendung des DS konnte lediglich in der SCID-Maus eine Erhöhung der Koll-II (p=0,03) und eine Reduktion der Kalzifizierung (p=0,004) erreicht werden.

Zur Untersuchung der in vivo Stabilität knorpeliger MSC-basierter Konstrukte stellt die BDF1-Maus eine attraktive, kostengünstige Alternative mit einer gegenüber der SCID-Maus verringerten Mineralisierungsrate dar. Die in vitro gebildete knorpelige Extrazellulärmatrix erzeugt dabei bereits eine Immunisolation, welche die Transplantatdestruktion verhindert. Ob ein intaktes lymphozytäres System die Knorpelstabilität gegenüber defizienten Immunsystemen begünstigt, muss durch die Untersuchung weiterer Modelle belegt werden. Im Gegensatz zur DC bietet Alginat das richtige Maß an Versorgungsreduktion, um die Stabilisierung des Knorpelphänotyps der Konstrukte zu ermöglichen.