Die Matrix assistierte autologe Chondrozyten Implantation (MACI) stellt den
momentanen Goldstandard zur Behandlung großer Gelenkknorpeldefekte dar. Der
therapeutische Erfolg wird durch hohe Entnahmemorbiditäten sowie die geringe
Verfügbarkeit von gesundem Spendergewebe stark limitiert. Falls adulte
heterotope Knorpelzellen ein belastbares hyalines Ersatzgewebe generieren
könnten, bestünde hier eine vielversprechende Modifikations- möglichkeit der
herkömmlichen MACI. Deshalb wurde in der vorliegenden Arbeit die vergleichende
Charakterisierung artikulärer, aurikulärer und nasoseptaler Chondrozyten in
zweidimensionalen (2D) und dreidimensionalen (3D) in vitro Kultursystemen
sowie im in vivo Xenograft-Nacktmausmodell vorgenommen, um anschließend die
Kompatibilität sowie die wechselseitige Beeinflussung heterotoper Chondrozyten
in Ko-Kulturen (aurikulär/artikulär, nasoseptal/artikulär) zu untersuchen.
Dabei wurden wichtige chondrogene Marker und extrazelluläre Matrix
(EZM)-Bestandteile (Sox9, Aggrecan; Kollagene Typ I, II, IX, XI, Elastin,
Lubricin, β1-Integrin) mittels RTD-PCR-, Western Blot-, immunzytochemischer
und quantitativer Analysen nachgewiesen. Die Knorpelneogenese in den in vitro
und in vivo 3D Kulturen wurde (immun-) histologisch dargestellt. In der 2D
Kultur wurde der Hauptknorpelmarker Kollagen Typ II in artikulären
Chondrozyten höher exprimiert. Auch im 3D-Alginatkultursystem lag die
Expression des Kollagens Typ II über den gesamten Untersuchungszeitraum
unterhalb des Niveaus in den artikulären Chondrozyten. Die PGA-assoziierten
Kulturen zeigten eine hohe Vitalität und eine umfangreiche EZM-Produktion.
Bezüglich der Kollagen Typ II Expression konnten keine signifikanten
Unterschiede mehr zwischen den artikulären und den heterotopen Chondrozyten
nachgewiesen werden. Die guten Kollagen Typ II/ I Ratios sprechen für eine
erfolgreiche und mit artikulären Chondrozyten vergleichbare Redifferenzierung
der heterotopen Chondrozyten in dem PGA-assoziierten Kultursystem. Im in vivo
Xenograft-Nacktmausmodell konnte mit allen heterotopen Chondrozytenarten eine
Bildung von hyalinartigem Knorpelgewebe erzielt werden. In den nasoseptalen
Chondrozyten Kulturen wurde dabei eine stark ausgeprägte Ossifikation evident.
Die Präsenz elastischer Fasern konnte jedoch in keiner Kultur nachgewiesen
werden. Über eine Zell-Markierung wurde die Koexistenz der verschiedenen
Chondrozytenarten 2D sowie 3D Ko-Kulturen bewiesen. Die in den PGA-
assoziierten Ko- Kulturen im Vergleich zu den artikulären Mono-Kulturen
günstigere Kollagen Typ II/ I Ratio deutet auf eine positive Wechselwirkung
der heterotopen Chondrozyten hin. Die dieser Arbeit zu Grunde liegenden Daten
sprechen für die weitere Verwendung heterotoper Chondrozyten, im Besonderen
aurikulärer Chondrozyten, in einem experimentellen Kontext der MACI.The Matrix assisted autolouge chondrocyte implantation (MACI) is today's gold
standard for the treatment of huge articular cartilage defects. The
therapeutically outcome is strongly limited by a high donor site morbidity and
the small amount of available healthy articular cartilage tissue. It would be
a promising approach for the common MACI, if adult heterotopic chondrocytes
are able to build up a resistible hyaline replacement tissue. That`s why a
major part in the present work was a comparative characterisation of
articular, auricular and nasoseptal chondrocytes in two dimensional (2D) and
three dimensional (3D) in vitro culture systems as well as in an in vivo
xenograft nude mice model. Further the capability and interaction between
heterotopic chondrocytes in couture systems (auricular/articular,
nasoseptal/articular) was investigated. Their fore important chondrogenic
markers and extracellular matrix (ECM)-components (sox9, aggrecan, collagen
type I, II , IX, XI, elastin, lubricin, β1-integrin ) was analysed by RTD-
PCR, western bloting, immuncytochemical and quantitative ECM measurement. The
cartilage neogenesis of in vitro and in vivo cultures was visualised via
(immune-) histological technics. In the 2D cultures as well as in the 3D
alginate culture system the major cartilage marker collagen type II was upmost
expressed in articular chondrocytes. During the whole investigation time the
PGA-Scaffold associated cultures shows high vitality and an extensive ECM-
Production. Concerning the collagen type II expression no significant
differences was found between the heterotopic chondrocytes. The good collagen
type II / type I ratio allude to a successful redifferentiation of the
heterotopic chondrocytes in the PGA-Scaffold associated culture system
comparable to those of the articular ones. During the in vivo xenograft nude
mice experiments a hyaline like cartilage tissue was produced by al
heterotopic chondrocyte cultures. Thereby a makeable ossification was evident
especially in the nasoseptal chondrocyte cultures. Further no elastic fibres
could be detected in al type of cultures. Due to cell tracking technics the
coexistence of both heterotopic chondrocyte types was proven in the used 2D
and 3D co-culture systems. The collagen type II / type I ratio was more
favourable in co-cultures than in articular mono-cultures which indicates a
positive and mutual interplay of the heterotopic chondrocytes. The finding of
this work together argues for further investigation of heterotopic
chondrocytes, especially auricular chondrocytes, for MACI in an experimental
context
