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Überexpression von humanem IGF-I via rAAV stimuliert die Reparatur von Gelenkknorpeldefekten in vivo
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Published: | October 21, 2010 |
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Fragestellung: Therapeutischer Gentransfer kann potentiell die Reparatur von Gelenkknorpeldefekten verbessern. Wir testeten die Hypothese, daß die direkte Applikation eines neu klonierten rAAV-IGF-I-Vektors die Heilung osteochondraler Defekte im Kniegelenk von Kaninchen verbessert.
Methodik: Eine humane IGF-I cDNS wurde in rAAV kloniert (rAAV-hIGF-I). Insgesamt 8 weiblichen Chinchilla-Bastard-Kaninchen wurden in je zwei osteochondrale Defekte (3,2 mm Durchmesser) der Trochlea femoris rAAV-hIGF-I (Kontrolle: rAAV-lacZ im kontralateralen Knie) appliziert. Nach 3 Wochen post OP wurde die Knorpelreparatur basierend auf der Matrixanfärbung mit Safranin O (n=145 Paraffinschnitte) analysiert. β-gal, IGF-I und Typ-II-Kollagen wurden immunohistochemisch; der DNS-, Proteoglykan- und Typ-II-Kollagengehalt des Reparaturgewebes durch Hoechst 33258, DMMB und ELISA bestimmt.
Ergebnisse und Schlussfolgerungen: Die Applikation der Vektoren in vivo führte nicht zu Synovialitis oder Adhäsionen. Makroskopisch waren keine Unterschiede zwischen den Gruppen zu beobachten. Die β-gal Aktivität war auf die lacZ-transduzierten Kontrollen, die IGF-I Expression auf die mit rAAV-hIGF-I behandelten Defekte beschränkt. Histologisch war die Knorpelreparatur in den IGF-I-behandelten Defekten signifikant in den Einzelkategorien Defektfüllung, Integration, Matrixanfärbbarkeit, Zellmorphologie, Defekt- und Oberflächenstruktur, Formation des subchondralen Knochens (alle P<0,001) und der Tidemark (P<0,01) im Vergleich zu den lacZ-Defekten (P<0,001) verbessert. Der Gesamtwert der Knorpelreparatur war signifikant verbessert (12,4 Punkte) in den rAAV-IGF-I-transduzierten Defekten gegenüber der Kontrollgruppe (17,5 Punkte; inverse Skalierung). Mit rAAV-IGF-I-transduzierte Defekte zeigten eine höhere Immunoreaktivität für Typ-II-Kollagen als die Kontrollen. Der Proteoglykan- (1,2-fach; P=0,01), der Typ-II-Kollagen- (2,8-fach; P<0,001) und der DNS-Gehalt (3,2-fach; P<0,001) der mit rAAV-hIGF-I-transduzierten Defekte war signifikant erhöht im Vergleich zur Kontrolle. Die Daten zeigen, daß rAAV-hIGF-I eine direkte Überexpression von humanem IGF-I in ostechondralen Defekten in vivo erlaubt. Die Daten zeigen weiterhin, daß die rAAV-vermittelte Überexpression von IGF-I die Reparatur von Knorpeldefekten verbessert. Hervorzuheben ist die signifikante Steigerung der Zellproliferation und der Synthese der beiden wichtigen Matrixbestandteile Proteoglykan und Typ-II-Kollagen im Reparaturgewebe der Defekte. Diese Ergebnisse unterstützen das Konzept einer direkten Applikation von therapeutischen rAAV-Gentransfervektoren zur Verbesserung der Knorpelreparatur. Langzeitstudien sind erforderlich, um den Nutzen von rAAV-hIGF-I für die Knorpelreparatur weitergehend zu überprüfen.