Ein neuer Weg im Tissue-Engineering von Knochen? Oxysterol und Purmorphamin – neue Ansätze zur osteogenen Differenzierung

Einleitung:

Für altersbedingte Krankheiten, traumatische Knochenverletzungen sowie Knochendefekten, die auf genetischer Konditionen oder Tumoren zurückzuführen sind, könnten Stammzell-basierte Therapieansätze eine Alternative zu heutigen Behandlungsstandards darstellen. Die Generierung von Knochengewebe erfordert eine hohe Anzahl Zellen, die osteogen differenzieren können. Aufgrund ihrer Proliferationskapazität sowie ihrer Multipotenz, scheinen mesenchymale Stammzellen (MSC) für die Konstruktion biotechnologisch hergestellten Knochengewebes als besonders geeignet. Zielsetzung war daher die Optimierung der osteogenen Differenzierung von MSC in vitro, mit dem Ziel einer beschleunigten Transplantation vordifferenzierten MSC für die Knochenregeneration.

Material und Methoden:

MSC wurden aus Femurknochen von Ratten isoliert, propagiert und osteogen differenziert. Die Effizienz der osteogenen Differenzierung wurde im Vergleich mit der klassischen Methode (Pittenger et al. 1999) untersucht. Als Zusätze wurden jeweils Purmorphamin, Fluvastatin, Lovastatin und Hydroxycholesterole verwendet. Die osteogene Differenzierung wurde mittels Bestimmung der alkalischen Phosphataseaktivität, Quantifizierung der Mineralablagerungen (nach Gregory et al. 2004) und semiquantitativer RT-PCR Analyse von Knochenmarkergenen (Kollagen Typ 1, Osteocalcin und Oteopontin) untersucht.

Ergebnisse:

Die Differenzierungsansätze hatten keinen Einfluss auf die Prolifertion der MSC. Nach der Differenzierung zeigte sich durch eine Alizarin Red S Färbung, dass sowohl die Zugabe von Oxysterolen wie auch von Purmorphamin die Bildung von Mineralablagerungen deutlich beschleunigt. Und zwar waren die Zellen bereits nach 7 Tagen so stark mit Mineralablagerungen bedeckt, wie es bei klassischer Differenzierung erst nach 21 Tagen auftritt. Bei der Expressionsanalyse der Knochenmarkergene zeigte sich, dass sowohl der Zusatz von Purmorphamin als auch von Oxysterolen die Expression der für die Osteogenese wichtigen Marker, früher und in größerer Menge induzierten, als dies bei Kultivierung mit klassischen Medium allein der Fall war.

Diskussion:

Durch die Auswahl verschiedener Zusätze konnte die osteogene Differenzierung von MSC beschleunigt werden. Wir konnten zeigen, dass jeweils Purmorphamin und Oxysterol zusammen mit dem klassischen Standardmedium in Ratten MSC die osteogenen Differenzierung beschleunigt. Die Ergebnisse rechtfertigen, beide Zusätze als therapeutisch wirksame Agenzien zur Steigerung der osteogenen Differenzierung von MSC im Rahmen einer Stammzell-basierter Strategie zur Knochengewebsreparatur zu testen.