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Adipose-derived stromal cells (ASCs) are a promising cell source for tissue engineering and regenerative medicine approaches for cartilage replacement. For chondrogenic differentiation, human (h)ASCs were seeded on three-dimensional polyurethane (PU) fibrin composites and induced with a chondrogenic differentiation medium containing TGF-ß3, BMP-6, and IGF-1 in various combinations. In addition, in vitro predifferentiated cell-seeded constructs were implanted into auricular cartilage defects of New Zealand White Rabbits for 4 and 12 weeks. Histological, immunohistochemical, and RT-PCR analyses were performed on the constructs maintained in vitro to determine extracellular matrix (ECM) deposition and expression of specific cartilage markers. Chondrogenic differentiated constructs showed a uniform distribution of cells and ECM proteins. RT-PCR showed increased gene expression of collagen II, collagen X, and aggrecan and nearly stable expression of SOX-9 and collagen I. Rabbit (r)ASC-seeded PU-fibrin composites implanted in ear cartilage defects of New Zealand White Rabbits showed deposition of ECM with structures resembling cartilage lacunae by Alcian blue staining. However, extracellular calcium deposition became detectable over the course of 12 weeks. RT-PCR showed evidence of endochondral ossification during the time course with the expression of specific marker genes (collagen X and RUNX-2). In conclusion, hASCs show chondrogenic differentiation capacity in vitro with the expression of specific marker genes and deposition of cartilage-specific ECM proteins. After implantation of predifferentiated rASC-seeded PU-fibrin scaffolds into a cartilage defect, the constructs undergo the route of endochondral ossification.
Stammzellbasierte Therapieverfahren versprechen neue Lösungen für bisher nur unzureichend behandelbare Erkrankungen. In der Hals-, Nasen- und Ohrenheilkunde ist die Herstellung von Knorpel im Rahmen des Tissue Engineering von besonderem Interesse. Die mesenchymalen Stammzellen des Fettgewebes (ASC) stellen eine vielversprechende Zellpopulation als Ausgangspunkt für die Erzeugung von Gewebe dar. Auf Grund der hohen Zahl an Zellteilungen, oxidativem und mechanischem Stress sowie enzymatischer Verdauung steigt im Rahmen der in vitro Expansion das Risiko für DNA-Schäden. Diese können wiederum der Ausgangspunkt für die maligne Transformation einer Zelle sein.
Ziel unserer Studie war es, zu zeigen, ob die Expansion und mehrfache Passagierung zu einer zunehmenden genetischen Instabilität der ASC führt.
Es wurden frische ASC aus Liposuktionsaspirat von 8 verschiedenen Patienten isoliert. Mit ASC der Passagen 1, 2, 3, 5 und 10 wurde zur Detektion von Schäden auf DNA-Ebene jeweils eine alkalische Einzelzellgelelektrophorese(Comet Assay) und ein Mikrokerntest durchgeführt. Zur Erfassung von Schäden auf Chromatidebene erfolgte darüber hinaus mit Zellen der selben Passage ein Chromosomenaberrationstest.
Mit dem Comet Assay und dem Mikrokerntest konnte keine signifikante Progression der genetischen Instabilität mit zunehmender Passage nachgewiesen werden. Beim Chromosomenaberrationstest zeigte sich im Friedman-Test eine signifikante Zunahme an strukturellen Chromosomenaberrationen mit steigender Passage. Der Wilcoxon-Test hingegen erbrachte kein signifikantes Ergebnis.
Die im Rahmen dieser Arbeit gewonnen Daten zeigen, dass eine zunehmende genetische Instabilität der ASC mit zunehmender Dauer der Expansion und steigender Passage nicht vollständig ausgeschlossen werden kann. Aus diesem Grund sollten vor einer Transplantation regelhaft Untersuchungen wie beispielsweise ein Chromosomenaberrationstest oder ein Screening auf typische malignitätsfördernde Mutationen erfolgen.