VEGF- und Kollagenbildung von Meniskuszellreihen und mesenchymalen Stammzellen alleine sowie im Zusammenspiel mit Gelatine-Hyaluronsäurematrices zur Reparatur avaskulärer Meniskusläsionen

Abstract

Avaskuläre Meniskusläsionen stellen aufgrund eines fehlenden endogenen Reparaturpotentials ein Problem dar, da die Standardtherapie der partiellen Meniskektomie in diesen Fällen langfristig zu einer Gonarthrose führt. Zur Ausheilung des Defektes könnte Tissue Engineering, bei dem ein in vitro hergestelltes Reparaturgewebe in den Defekt eingebracht wird, die Lösung des Problems darstellen. Ziel der Arbeit war es, herauszufinden, welches angiogenetische Milieu von Meniskuszellen und von mesenchymalen Stammzellen in Bezug auf VEGF geschaffen wird und wie die jeweilige Differenzierung sowie die Kollagen-I und -II-Bildung ist. Alle Arbeiten wurden in vitro durchgeführt. Zunächst war zu prüfen, ob weiterführende Forschungsarbeiten anstelle von humanen Zellen mit Kaninchenzellen durchgeführt werden können. Untersuchte Zellen waren jeweils Meniskuszellen aus der vaskulären, der avaskulären, der gemischtvaskulären Zone und mesenchymale Stammzellen. Es wurden Aggregate dieser Zelllinien hergestellt und eine anschließende 21-tägige Differenzierung durchgeführt. Humane und Kaninchenzelllinien verhielten sich in Bezug auf Größenzunahme und Differenzierung vergleichbar, Kollagen II wurde in humanen Zellaggregaten nur in gemischtvaskulären Meniskuszellaggregaten und mesenchymalen Stammzellaggregaten gebildet, bei Kaninchenzellaggregaten in allen Zelllinien. Bezüglich der VEGF-Produktion zeigten gemischtvaskuläre Meniskuszellaggregate und mesenchymale Stammzellaggregate vom Menschen und vom Kaninchen ähnliche Ergebnisse, weitere Untersuchungen wurden als reines Tierexperiment durchgeführt. Nach Beimpfen von Gelatine-Hyaluronsäure-Matrices mit Kaninchenzelllinien wurden diese Zell-Matrix-Konstrukte bezüglich einer 14-tägigen Vorkultur vor der 21-tägigen Differenzierungszeit unterschieden. Eine Vorkultur hatte einen positiven Einfluss auf die Kollagen-Bildung und auf die Differenzierung, Kollagen-II wurde von mesenchymalen Stammzellen in einer Gelatine-Hyaluronsäure-Matrix nicht gebildet. Die Gelatine-Hyaluronsäurematrix zeigte einen hemmenden Einfluss auf die VEGF-Produktion. Ein Abfall der VEGF-Produktion während der Differenzierungszeit war bei allen Zelllinien mit als auch ohne Vorkultur auszumachen. Ohne Vorkultur wurde mehr VEGF produziert. Schließlich wurden die mit unterschiedlichen Zelllinien beimpften und in Vorkultur unterschiedenen Gelatine-Hyaluronsäure-Matrices in vitro in avaskuläre/gemischtvaskuläre Meniskusdefekte eingebracht, bevor eine 21-tägige Differenzierung durchgeführt wurde. Eine Vorkultur der Zell-Matrix-Konstrukte hatte einen positiven Einfluss auf die Integration in den Meniskusdefekt, die Differenzierung und die Kollagenbildung. Mesenchymale Stammzell-Matrix-Konstrukte zeigten im Meniskusdefekt wieder eine Kollagen-II-Bildung. Auch Leermatrices zeigten eine Integration in den Meniskusdefekt mit Kollagenbildung beider untersuchten Typen. Bei der VEGF-Produktion zeigte sich, dass ein Meniskusring alleine als auch mit zellfreier Gelatine-Hyaluronsäurematrix auf stabilem Niveau VEGF produzierte. Zell-Matrix-Konstrukte ohne Vorkultur produzierten im Meniskusdefekt mehr VEGF als mit einer Vorkultur. Ohne Vorkultur zeigten Meniskuszell-Matrix-Konstrukte im Meniskusdefekt eine abfallende VEGF-Produktion während der Differenzierung, mesenchymale Stammzell-Matrix-Konstrukte im Meniskusdefekt eine konstante VEGF-Produktion. Mit Vorkultur zeigten vaskuläre und avaskuläre Meniskuszell-Matrix-Konstrukte eine konstante VEGF-Produktion im Meniskusdefekt während der Differenzierungszeit, gemischtvaskuläre Meniskuszell-Matrix-Konstrukte und mesenchymale Stammzell-Matrix-Konstrukte eine leicht steigende Produktion