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1,25-dihydroxyvitamin D3 (1,25D3) was reported to induce premature organismal aging in fibroblast growth factor-23 (Fgf23) and klotho deficient mice, which is of main interest as 1,25D3 supplementation of its precursor cholecalciferol is used in basic osteoporosis treatment. We wanted to know if 1,25D3 is able to modulate aging processes on a cellular level in human mesenchymal stem cells (hMSC). Effects of 100 nM 1,25D3 on hMSC were analyzed by cell proliferation and apoptosis assay, beta-galactosidase staining, VDR and surface marker immunocytochemistry, RT-PCR of 1,25D3-responsive, quiescence-and replicative senescence-associated genes. 1,25D3 treatment significantly inhibited hMSC proliferation and apoptosis after 72 h and delayed the development of replicative senescence in long-term cultures according to beta-galactosidase staining and P16 expression. Cell morphology changed from a fibroblast like appearance to broad and rounded shapes. Long term treatment did not induce lineage commitment in terms of osteogenic pathways but maintained their clonogenic capacity, their surface marker characteristics (expression of CD73, CD90, CD105) and their multipotency to develop towards the chondrogenic, adipogenic and osteogenic pathways. In conclusion, 1,25D3 delays replicative senescence in primary hMSC while the pro-aging effects seen in mouse models might mainly be due to elevated systemic phosphate levels, which propagate organismal aging.
Die Studie untersucht Aktivitätsverlauf, Funktionsstatus und Lebensqualität nach minimal-invasivem anteriorem Zugang bei Hüfttotalendoprothesen (präoperativ bis sechs Wochen postoperativ) mit Hilfe der Fragebögen PHQ-D, XSMFA-D, SF-36, HHS, Täglicher Würzburger Aktivitätsfragebogen, Arzt- u. Patientenbogen Hüfte.
Ziel dieser Arbeit war es zu untersuchen, ob mittels IHH-Gentransfer aus Hüftköpfen gewonnene hMSCs chondrogen im Pelletkultursystem differenziert werden können und ob zugleich durch IHH eine Modulation der hypertrophen Enddifferenzierung der hMSCs in diesem System möglich ist. IHH bestimmt in der Wachstumsfuge zusammen mit PTHrP während der endochondralen Ossifikation die Chondrozytenreifung und -differenzierung entscheidend mit und ist daher ein interessanter Kandidat zur Induktion von hyalinem oder zumindest hyalin-ähnlichem Knorpelgewebe in der stammzellbasierten Gentherapie. Nach Gewinnung und Kultivierung der hMSCs wurden diese mit Ad.GFP, Ad.IHH, Ad.IHH+TGF-β1, Ad.IHH+SOX-9 oder Ad.IHH+BMP-2 transduziert bzw. ein Teil für die Negativkontrolle nicht transduziert und im Anschluss alle Gruppen zu Pellets weiterverarbeitet. Histologische, biochemische sowie molekularbiologische Untersuchungen wurden an verschiedenen Zeitpunkten zur Evaluierung des chondrogenen Differenzierungsgrades sowie der hypertrophiespezifischen Merkmale der kultivierten Pellets durchgeführt. Es konnte durch diese Arbeit sowohl auf Proteinebene als auch auf Genexpressionsebene reproduzierbar gezeigt werden, dass primäre hMSCs im Pelletkultursystem sowohl durch den adenoviralen Gentransfer von IHH allein als auch durch die Co-Transduktionsgruppen IHH+TGF-β1, IHH+SOX-9 und IHH+BMP-2 chondrogen differenziert werden können. Dabei zeigten alle IHH-modifizierten Pellets Col II- und CS-4-positive immunhistochemische Anfärbungen, eine gesteigerte Synthese von Glykosaminoglykanen im biochemischen GAG-Assay sowie eine Hochregulation von mit der Chondrogenese assoziierten Genen. Das Auftreten hypertropher Merkmale bei den chondrogen differenzierten MSCs konnte durch IHH-Gentransfer nach 3 Wochen in vitro-Kultivierung nicht vollkommen unterdrückt werden, war jedoch besonders stark ausgeprägt, wenn BMP-2 co-exprimiert wurde und war etwas weniger evident in der IHH+SOX-9-Gruppe. Dabei zeigte die Ad.IHH+BMP-2-Gruppe sowohl in der ALP-Färbung als auch in dem ALP-Assay und der quantitativen RT-PCR die stärkste Hochregulierung des hypertrophen Markers ALP. Möglicherweise brachte die Überexpression von IHH das fein aufeinander abgestimmte Regulationssystem zwischen IHH und PTHrP aus dem Gleichgewicht und könnte als ein Grund dafür angeführt werden, warum die Hypertrophie im Pelletkultursystem nicht vollkommen supprimiert werden konnte. Es bleibt abzuwarten, ob IHH in vivo die Chondrogenese induzieren und dabei zugleich das Phänomen der chondrogenen Hypertrophie regulieren kann. In der Zukunft würde dies letztlich der stammzellbasierten Knorpelregeneration in vivo zu Gute kommen.
Im König-Ludwig-Haus wurde im Zeitraum von 2001 bis 2006 bei 65 Patienten nach fehlgeschlagener Versorgung einer proximalen Humerusfraktur eine inverse Prothese implantiert. Davon konnten 46 Patienten nachuntersucht werden. Vorbehandelt waren die Patienten zu 39,1% (n=18) konservativ, zu 26,1% (n=12) mit winkelstabiler Platte, zu 4,3% (n=2) mit proximalem Humerusnagel, zu 10,9% (n=5) mit Drähten, zu 6,6% (n=3) mit Drähten und Schrauben und zu 8,7% (n=4) mit Schrauben. Bei 4,3% (n=2) wurde eine Humeruskopfresektion durchgeführt. Das durchschnittliche Alter der Patienten lag bei 73,9 Jahren. 28,2% (n=13) waren männlich, 71,1% (n=33) waren weiblich. Im Mittel erreichten die Patienten postoperativ einen Constant Score von 45 Punkten. Bereinigt nach Alter und Geschlecht ergibt das 64 % des altersentsprechenden Normwertes. Minimalinvasiv mit Schrauben bzw. Schrauben und Draht versorgte Patienten zeigten die besten Ergebnisse mit durchschnittlich 55,3 bzw. 56,7 Punkten. 9 Patienten gaben an mit dem Ergebnis der TEP-Implantation sehr zufrieden zu sein, 37 waren zufrieden. Lediglich zwei Patienten waren unzufrieden mit dem postoperativen Ergebnis, wobei diese nicht dazu bereit waren, weitere Auskünfte zu geben. Auch aus den Krankenakten waren die Gründe hierfür nicht ersichtlich. Neben zwei periprothetischen Frakturen nach erneutem Sturzereignis trat lediglich eine Abszedierung nach Schweissdrüsenabszess als Komplikation auf. Die inverse Schulterprothese stellt somit eine gute Möglichkeit der Versorgung nach fehlgeschlagenen Voroperationen bei proximaler Humerusfraktur dar. Damit ist zwar eine Verbesserung der Funktion und hohe Zufriedenheit unter den Patienten zu erzielen, jedoch sind die funktionellen Ergebnisse deutlich schlechter als bei primärer TEP-Implantation bei Defektarthropathie. Mögliche Gründe hierfür waren operationsbedingte Morbidität und Deltaatrophien aufgrund des Operationszugangs bei osteosynthetischer Versorgung
Aus dem Knochenmark isolierte humane mesenchymale Stammzellen (hMSC) sind als Vorläuferzellen der Osteoblasten an der Knochenformation sowie an der Knochenremodellierung beteiligt und aufgrund ihrer Multipotenz in der Lage, in mesenchymales Gewebe (Knochen, Knorpel, Fett) zu differenzieren. Aufgrund dieser Eigenschaften gelten sie als Quelle der Regeneration und der Heilung im Hinblick auf zellbasierte Therapien zur Behandlung degenerativer Erkrankungen (Arthrose, Osteoporose) des muskuloskelettalen Systems. Die besondere Situation der Geweberegeneration beim älteren Menschen ist gekennzeichnet durch den Anstieg der Produktion von Hemmstoffen der Geweberegeneration und durch verschiedene häufige Mangelzustände wie z.B. den Vitamin D-Mangel. In der vorliegenden Arbeit wurden Modulatoren (Morphogene) untersucht, die in der Lage sind, die hMSC in vitro in ihrem proliferativen, undifferenzierten Zustand (transient amplifying pool) und am Übergang in die Differenzierung und Reifung zu beeinflussen. Ziel war es, durch die Charakterisierung solcher Modulatoren, Verfahren zu etablieren, die zu einer verbesserten Zellqualität bei regenerativen Therapiestrategien führen, sei es in situ oder beim Tissue Engineering. Der Fokus lag auf der Geweberegeneration beim älteren Menschen. Dafür wurden als Morphogene 1,25-Dihydroxyvitamin D3 (1,25D3), Aktivin A (AA), Myostatin (MSTN) und Low Oxygen (LO) ausgewählt und hinsichtlich ihrer Wirksamkeit auf Stemness, Differenzierung und Seneszenzentwicklung in der Zellkultur getestet. Alle 4 Kandidaten nehmen im menschlichen Organismus wichtige regulatorische Aufgaben ein. 1,25D3 wirkt nicht nur lokal auf Zellen und Gewebe, sondern mit der Mineralisierung des Knochens und der Regulierung des Kalzium- und Phosphatspiegels im Serum auch systemisch. AA und MSTN werden als Mitglieder der TGFβ-Familie mit dem muskuloskelettalen System in Verbindung gebracht, da eine Inaktivierung von MSTN bei Mensch und Tier zu einem deutlichen Anstieg der Skelettmuskelmasse führt. Gleichzeitig fördert ein Aktivin Antagonist, der neue Wirkstoff Sotatercept (ACE-011), die Knochenbildung im Menschen. Mit der Kultivierung der hMSC unter reduzierter Sauerstoffspannung (2,5 % Sauerstoff, LO) sollten Bedingungen in der Zellkultur geschaffen werden, die - im Vergleich zur traditionellen Kultivierung mit einem atmosphärischen Sauerstoffgehalt von 21 % - näher an den physiologischen Gegebenheiten bei der Geweberegeneration sind. Zu Beginn wurde sichergestellt, dass alle 4 Modulatoren die Expression typischer mesenchymaler Oberflächenmarker nicht beeinflussten und die klonogene Kapazität der stimulierten hMSC erhielten. Im Rahmen weiterer Untersuchungen zeigte sich, dass eine permanente 1,25D3 Supplementierung die chondrogene, adipogene und osteogene Differenzierungskapazität der hMSC erhielt und somit den Stammzellcharakter der hMSC nicht beeinträchtigte. Die verstärkte Expression der Quieszenz-assoziierten Gene in 1,25D3 stimulierten hMSC deutete darauf hin, dass sich die hMSC aufgrund der 1,25D3 Supplementation in Richtung Quieszenz verändern. Die permanente 1,25D3 Supplementation übt somit eine vor Alterungsprozessen schützende Wirkung in der Zellkultur aus, indem die Entwicklung replikativer Seneszenz verzögert wird und das multipotente Potential der hMSC erhalten wird. Im Bezug auf die Differenzierungsfähigkeit der Zellen verhielten sich rh AA und rh MSTN konträr. Während eine rh MSTN Stimulation keine Wirkung auf die adipogene und osteogene Differenzierung hatte, schränkte rh AA das adipogene und osteogene Differenzierungspotential der hMSC nahezu vollständig ein und die Zellen wurden in einem Zustand des Prä-Kommittments festgehalten. Da die LO Expandierung die Stemness erhöhte bzw. die Seneszenz reduzierte und die hMSC in einem proliferativen Zustand bei gleichzeitiger Hemmung der Differenzierung arretierte, scheint diese Art der Kultivierung ein besonderer Schutz für die hMSC zu sein. Mit der vorliegenden Arbeit ist es gelungen, wirksame Morphogene (1,25D3, rh AA, LO) zu finden, die in der Lage sind, modulatorisch auf die hMSC einzuwirken ohne dabei den Stammzellcharakter zu verändern. Durch ihre Modulation kann nicht nur die Qualität der hMSC verbessert werden, sondern je nach Bedarf können auch die verschiedenen Phasen der Geweberegeneration insbesondere beim Übergang vom „transient amplifying pool“ zur Differenzierung gesteuert werden. Diese Ergebnisse können Konsequenzen für die Anwendung haben, bei der in situ Geweberegeneration ebenso wie für das ex vivo Tissue Engineering.
This predefined analysis of the European Forsteo Observational Study (EFOS) aimed to describe clinical fracture incidence, back pain, and health-related quality of life (HRQoL) during 18 months of teriparatide treatment and 18 months post-teriparatide in the subgroup of 589 postmenopausal women with osteoporosis aged ≥75 years. Data on clinical fractures, back pain (visual analogue scale, VAS), and HRQoL (EQ-5D) were collected over 36 months. Fracture data were summarized in 6-month intervals and analyzed using logistic regression with repeated measures. A repeated-measures model analyzed changes from baseline in back pain VAS and EQ-VAS. During the 36-month observation period, 87 (14.8 %) women aged ≥75 years sustained a total of 111 new fractures: 37 (33.3 %) vertebral fractures and 74 (66.7 %) nonvertebral fractures. Adjusted odds of fracture was decreased by 80 % in the 30 to <36–month interval compared with the first 6-month interval (P < 0.009). Although the older subgroup had higher back pain scores and poorer HRQoL at baseline than the younger subgroup, both age groups showed significant reductions in back pain and improvements in HRQoL postbaseline. In conclusion, women aged ≥75 years with severe postmenopausal osteoporosis treated with teriparatide in normal clinical practice showed a reduced clinical fracture incidence by 30 months compared with baseline. An improvement in HRQoL and, possibly, an early and significant reduction in back pain were also observed, which lasted for at least 18 months after teriparatide discontinuation when patients were taking other osteoporosis medication. The results should be interpreted in the context of an uncontrolled observational study.
Das ACL ist eine der am häufigsten verletzten Strukturen des menschlichen Körpers bei Sportunfällen und die Anzahl der Rekonstruktionen wird weiterhin zunehmen. In den letzten Jahren wurden große Fortschritte in der Charakterisierung der biomechanischen Eigenschaften von Sehnen und Bändern erzielt und neue Ansätze auf dem Gebiet des Tissue Engineering eröffnen neue Möglichkeiten. In dieser Arbeit wurde ein ACL-Konstrukt aus biomaterialbasiertem Kollagen I entwickelt und getestet. Die gewonnenen Ergebnisse können als Grundlage für die Herstellung eines Kreuzbandkonstruktes verwendet werden.
Funktionelle Ergebnisse der zweizeitigen Hüftendoprothesenrevision bei periprothetischer Infektion
(2012)
Diese retrospektive Studie analysierte die Ergebnisse der zweizeitigen, unzementierten Revision bei periprothetischer Infektion der Hüftendoprothese. Dabei wurde besonders auf die Eradikationsrate, die Rate septischer und aseptischer Rezidive, die Standzeit des Spacers, die Art der lokalen Antibiotikatherapie und die postoperativen funktionellen Ergebnisse eingegangen. Die Studie umfasst die klinische Nachuntersuchung der Patienten unter Verwendung des Harris Hip Scores, sowie die radiologische Kontrolle des Sitzes der Hüftendoprothese und die laborchemische Überprüfung der Entzündungsparameter.
Insgesamt wurden 52 Patienten von 2000 bis 2007 in der Orthopädischen Klinik König Ludwig Haus in Würzburg mit einer zweizeitigen Revision der Hüftendoprothese bei periprothetischer Infektion versorgt. 36 dieser 52 Patiente konnten 2008 im Rahmen dieser Studie nachuntersucht werden. Dabei betrug die mittlere Nachuntersuchungszeit 42 Monate. Das mittlere Patientenalter war 66,3 Jahre. 81% der Patienten hatten zum Zeitpunkt der Infektion internistische oder orthopädische Grunderkrankungen, oftmals auch multiple, welche das Risiko für die Entstehung einer periprothetischen Infektion erhöhten. 47% der Patienten waren zum Zeitpunkt der zweizeitigen Revision bereits mehr als einmal an der Hüfte voroperiert, die Hälfte davon mussten aufgrund von septischen Komplikationen bereits revidiert werden. 10% der Patienten hatten eine akute Frühinfektion, 90% ein chronisches Geschehen (51% low-grade Infekt, 39% Spätinfekt). Die häufigsten bakteriellen Erreger waren Staphylococcus epidermidis (39%), Staphylococcus aureus (14%), Streptococcus agalactiae (14%) und weitere koagulase negative Staphylokokken (11%). Bei zwei Patienten konnten Methicillin-resistente Keime isoliert werden. Insgesamt waren 25% der Infektionen Mischinfektionen. Bei drei Patienten konnte kein Keim nachgewiesen werden. Diese Patienten wurden anhand ihrer eindeutigen klinischen Symptome bei gleichzeitiger Erhöhung der Entzündungsparameter behandelt.
Zur besseren Eradikation der chronischen, persistierenden und komplizierten Infektionen wurden die Patienten mit einer zweizeitigen Revision der Hüftendoprothese behandelt. Hierbei wurde nach Explantation der infizierten Prothese mit ausführlichem chirurgischen Debridement ein - soweit möglich - patientenspezifischer antibiotikaimprägnierter Spacer vor Implantation der Zweitprothese eingesetzt. Diese Methode dient einerseits der Vermeidung einer Girdlestone-Situation und der damit verbundenen Komplikationen, andererseits ermöglicht der Spacer eine kalkulierte und hoch dosierte lokale, weitreichende und patientenspezifische Antibiotikatherapie (Kombinationstherapie) zur sicheren Eradikation der Infektion. Die Standzeit (zwischen vier und neunzehn Wochen, Mittelwert von 9 Wochen) des Spacers wurde individuell anhand des klinischen Bildes und dem Rückgang der laborchemischen Entzündungsparameter entschieden.
Die Eradiaktionsrate durch die zweizeitige Revision lag in dieser Studie bei 94%. Lediglich zwei Patienten zeigten eine persistierende bzw. wiederkehrende Infektion im Verlauf und mussten erneut revidiert werden. Es konnten keine aseptische Komplikationen, insbesondere keine Prothesenlockerung oder –sinterung nachgewiesen werden. Sechs Patienten mussten aufgrund anderer, nicht Infekt-assoziierter Komplikationen im Verlauf erneut operiert werden.
Die funktionellen Ergebnisse wurden anhand des Harris Hip Scores untersucht. Der Median lag bei 74 Punkten. Somit lässt sich auch funktionell ein insgesamt zufriedenstellendes Ergebnis präsentieren.
Schlussfolgernd ist die Aussage möglich, dass die zweizeitige, unzementierte Revision unter Verwendung eines antibiotikabeladenen Spacers eine zuverlässige Methode zur Behandlung auch chronischer und komplizierter periprothetischer Infektionen der Hüftendoprothese ist. Insgesamt konnten mit einer Eradikationsrate von 94% und keinen aseptischen Rezidiven gute Ergebnisse erzielt werden. Bezüglich der Antibiotikatherapie lässt sich eine kalkulierte, lokale Kombinationstherapie zur optimalen Eradikation der Infektion empfehlen. Des Weiteren empfiehlt es sich, die Standzeit des Spacers ebenfalls individuell bis zum klinischen und laborchemischen Nachweis der Infektfreiheit festzulegen. Dadurch wird eine ausreichende Dauer der lokalen Antibiotikatherapie gewährleistet, und gleichzeitig die Standzeit des Spacers auf eine möglichst kurze Zeit beschränkt um eine frühe Mobilisation und gute Funktionalität und Zufriedenheit des Patienten zu erreichen.
In situ guided tissue regeneration, also addressed as in situ tissue engineering or endogenous regeneration, has a great potential for population-wide “minimal invasive” applications. During the last two decades, tissue engineering has been developed with remarkable in vitro and preclinical success but still the number of applications in clinical routine is extremely small. Moreover, the vision of population-wide applications of ex vivo tissue engineered constructs based on cells, growth and differentiation factors and scaffolds, must probably be deemed unrealistic for economic and regulation-related issues. Hence, the progress made in this respect will be mostly applicable to a fraction of post-traumatic or post-surgery situations such as big tissue defects due to tumor manifestation. Minimally invasive procedures would probably qualify for a broader application and ideally would only require off the shelf standardized products without cells. Such products should mimic the microenvironment of regenerating tissues and make use of the endogenous tissue regeneration capacities. Functionally, the chemotaxis of regenerative cells, their amplification as a transient amplifying pool and their concerted differentiation and remodeling should be addressed. This is especially important because the main target populations for such applications are the elderly and diseased. The quality of regenerative cells is impaired in such organisms and high levels of inhibitors also interfere with regeneration and healing. In metabolic bone diseases like osteoporosis, it is already known that antagonists for inhibitors such as activin and sclerostin enhance bone formation. Implementing such strategies into applications for in situ guided tissue regeneration should greatly enhance the efficacy of tailored procedures in the future.
Introduction: To date, no single most-appropriate factor or delivery method has been identified for the purpose of mesenchymal stem cell (MSC)-based treatment of cartilage injury. Therefore, in this study we tested whether gene delivery of the growth factor Indian hedgehog (IHH) was able to induce chondrogenesis in human primary MSCs, and whether it was possible by such an approach to modulate the appearance of chondrogenic hypertrophy in pellet cultures in vitro. Methods: First-generation adenoviral vectors encoding the cDNA of the human IHH gene were created by cre-lox recombination and used alone or in combination with adenoviral vectors, bone morphogenetic protein-2 (Ad.BMP- 2), or transforming growth factor beta-1 (Ad.TGF-b1) to transduce human bone-marrow derived MSCs at 5 × 102 infectious particles/cell. Thereafter, 3 × 105 cells were seeded into aggregates and cultured for 3 weeks in serumfree medium, with untransduced or marker gene transduced cultures as controls. Transgene expressions were determined by ELISA, and aggregates were analysed histologically, immunohistochemically, biochemically and by RT-PCR for chondrogenesis and hypertrophy. Results: IHH, TGF-b1 and BMP-2 genes were equipotent inducers of chondrogenesis in primary MSCs, as evidenced by strong staining for proteoglycans, collagen type II, increased levels of glycosaminoglycan synthesis, and expression of mRNAs associated with chondrogenesis. IHH-modified aggregates, alone or in combination, also showed a tendency to progress towards hypertrophy, as judged by the expression of alkaline phosphatase and stainings for collagen type X and Annexin 5. Conclusion: As this study provides evidence for chondrogenic induction of MSC aggregates in vitro via IHH gene delivery, this technology may be efficiently employed for generating cartilaginous repair tissues in vivo.