Knochenzellwachstum im dreidimensionalen Zellkultursystem

Stengele, Michael (2004): Knochenzellwachstum im dreidimensionalen Zellkultursystem. Dissertation, LMU München: Medizinische Fakultät

Abstract

Zielsetzung und Fragestellung: Bei der Behandlung von Knochendefekten wird dem Tissue Engineering großes Potential zugesprochen. In der vorliegenden Untersuchung wurden humane Mesenchymale Stammzellen (hMSC) in vitro vermehrt und unter osteogener Stimulation auf einer bereits klinisch zur Knochendefektfüllung zugelassenen Leitschiene kultiviert. Ziel der Arbeit war neben der Etablierung des Modells zunächst die qualitative Beurteilung des Zellwachstums über Zeiträume von 2, 4 und 6 Wochen. Insbesondere aber sollte der immunhistochemische Nachweis von Zelldifferenzierung und Matrixbildung im dreidimensionalen System im Vergleich zur zweidimensionalen Kultur über einen Zeitraum von 2 Wochen erfolgen, und damit die Untersuchung des Einflusses der Dreidimensionalität der gewählten Leitschiene. Material und Methoden: Die Vermehrung der hMSC (Fa. Poietics) erfolgte in DMEM unter Zugabe von FBS, L-Glutamin und Antibiotika. Die zylinderförmigen Leitschienen (Tutobone, Fa. Tutogen Medical, d= 9 mm, h= 3 mm) wurden mit jeweils 1,6 Mio. Zellen besiedelt. Die Kultivierung erfolgte im Bioreaktor für 2, 4 und 6 Wochen bei kontinuierlicher Mediumversorgung (3,3 ml/h). Zur osteogenen Stimulation wurde Dexamethason, Ascorbinsäure-2-Phosphat und beta-Glycerophosphat zugesetzt. Für die 2-D-Vergleichsgruppen wurde ein Teil der Ausgangszellen mit, ein weiterer Teil ohne osteogene Stimulation für 2 Wochen fortgeführt. Nach 2, 4 und 6 Wochen erfolgte die auflichtmikroskopische, histologische und immunhistochemische Auswertung aller Präparate. Alle Versuche wurden dreifach durchgeführt, die Kulturen über 4 Wochen einfach. Ergebnisse: Innerhalb der Leitschienen konnte in allen Versuchszeiträumen homogenes, dreidimensionales Zellwachstum sowie deutliche Matrixbildung gezeigt werden. Die immunhistochemischen Nachweise für Prokollagen I, Kollagen I und IV, Osteocalcin, Osteonectin, und Versican waren in den 3-D-Präparaten in allen Zeiträumen deutlich positiv, die Nachweise für Alkalische Phosphatase und Decorin negativ. Im Vergleich zu den 3-D-Kulturen war in der stimulierten 2-D-Kultur die Markierung von Osteocalcin deutlich schwächer ausgeprägt. Ohne osteogene Stimulation konnten in den 2-D-Kulturen positive Nachweise für Kollagen I, Kollagen IV, Osteonectin, Prokollagen I und Versican gefunden werden, keine Nachweise für Alkalische Phosphatase, Decorin und Osteocalcin. Schlussfolgerungen: 1. Die dreidimensionale Kultivierung von humanen MSC in vitro in Verbindung mit der gewählten Leitschiene und unter kontinuierlicher Mediumversorgung ist über Zeiträume bis zu 6 Wochen möglich. 2. In allen Versuchszeiträumen führte dies bereits nach qualitativen Gesichtspunkten zu ausgeprägtem dreidimensionalem Zellwachstum. 3. Als Zeichen osteogener Differenzierung fällt der Nachweis des osteoblastentypischen Markers Osteocalcin in den 3-D-Kulturen im Vergleich zu den 2-D-Kulturen deutlich positiv aus. Dreidimensionales Zellwachstum in vitro stellte unter den gewählten Bedingungen einen zusätzlichen Stimulus für die osteogene Differerenzierung dar. 4. Alkalische Phosphatase, Decorin, Prokollagen I, Kollagen I und IV, Osteonectin und Versican eigneten sich in der vorliegenden Untersuchung nicht als spezifische Marker der osteoblastären Kaskade.

• Dokumententyp: Dissertationen (Dissertation, LMU München)
• Keywords: Tissue Engineering, Knochenersatz, humane Mesenchymale Stammzellen, 3D-Kultur
• Themengebiete: 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften ; 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 610 Medizin und Gesundheit
• Fakultäten: Medizinische Fakultät
• Sprache der Hochschulschrift: Deutsch
• Datum der mündlichen Prüfung: 22. Juli 2004
• 1. Bericht­erstatter:in: Mutschler, Wolf