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Fragestellung: Die Generierung eines biologischen Ersatzes des Nucleus pulposus (NP) mit Hilfe des Tissue Engineerings gilt als vielversprechender Ansatz zur Therapie früher Stadien der Bandscheibendegeneration. Autologe mesenchymale Stammzellen (MSC) stellen dabei eine attraktive Alternative zu den bereits degenerativ veränderten Bandscheibenzellen dar. Voraussetzung ist jedoch die Differenzierung der MSC in einen NP-ähnlichen Phänotyp. Humanes Plättchenlysat (PRP) erscheint durch die Aufkonzentrierung der enthaltenden Wachstumsfaktoren geeignet, um tierische Zusätze zu vermeiden. Eine Stimulierung der Zellen durch hydrostatischen Druck simuliert die Belastung in vivo und könnte dadurch die Zelldifferenzierung fördern. Ziel der Studie war es, in unterschiedlichen 3D-Kultursystemen den Einfluss der Medien-Zusammensetzung in Interaktion mit hydrostatischem Druck auf die Differenzierung humaner MSC im Vergleich zu NP-Zellen zu untersuchen.

Methodik: Aus humanen MSC (n=13) wurden Pellet-Kulturen bzw. Alginat-Beads hergestellt und für 4 Wochen in chondrogenem Medium kultiviert. Dieses Medium wurde entweder mit 10 ng/ml TGF-β₁ oder 10% humanem PRP supplementiert. Ein Teil der Ansätze wurde anschließend durch hydrostatischen Druck (30 min/2,5MPa/0,1Hz) stimuliert. Die chondrogene Differenzierung wurde histologisch durch Alcianblau-Färbung überprüft und die Genexpression auf Matrixfaktoren des NP mittels real-time RT-PCR untersucht. Alle Versuche wurden zum Vergleich der Differenzierung mit humanen NP-Zellen aus Bandscheibenvorfall-Gewebe durchgeführt. Statistik: Wilcoxon-Test, p<0,05.

Ergebnisse und Schlussfolgerungen: Sowohl für MSC als auch NP-Zellen erwies sich die Pellet-Kultur vorteilhafter als Alginat-Beads, da eine deutlich höhere Aggrecan- und Kollagen Typ 2-Expression erzielt werden konnte. Des Weiteren war die Expression der Matrixmoleküle deutlich niedriger, wenn PRP anstelle von TGF-β₁ verwendet wurde (Aggrecan: p=0,02; Kollagen Typ 2: p=0,007). Dieses Ergebnis konnte histologisch durch eine unterschiedlich starke Alcianblau-Färbung bestätigt werden. Humanes PRP war somit nicht in der Lage das TGF-β₁ zu ersetzen. Die Applikation von hydrostatischem Druck führte in beiden Kultursystemen nur bei vereinzelten Spendern zu einer tendenziellen Erhöhung der Expression von Aggrecan und Kollagen Typ 2. Es zeigte sich sowohl für MSC als auch NP-Zellen, dass hohe Spendervariabilitäten auftreten können und die chondrogene Differenzierung nicht für Zellen aller Spender gleichermaßen möglich war. Dies deutet darauf hin, dass es mehrere limitierende Faktoren für das Tissue Engineering zu geben scheint und sich nicht jeder Patient gleich gut für diese Therapieform eignet. Mit Blick auf eine klinische Anwendung können nun die Bedingungen degenerierter Bandscheiben in vitro simuliert werden um deren Einfluss auf die chondrogene Differenzierung zu untersuchen.