Etablierung eines in vitro-Modells von vaskularisiertem Knochen durch Co-Kultur von osteoporotischen humanen mesenchymalen Stammzellen (hMSCs) mit humanen Endothelzellen (hUVECs) in 2D und 3D

Einleitung:

Die Behandlung von osteoporotischen Frakturen, die mit kritischen Knochendefekten oder Pseudarthrosen einhergehen, ist ein wesentliches klinisches Problem. Autologer Knochenersatz gilt als Goldstandard, ist aber mit Risiken verbunden. Daher stellt das „Bone Tissue Engineering (BTE)“ eine mögliche Alternative für die Behandlung dar. Die unzureichende Vaskularisierung von Leitschienen wurde als ein Hauptproblem identifiziert. Die Ko-Kultivierung von Leitschienen mit humanen mesenchymalen Stammzellen (hMSCs) und humanen Endothelzellen (hUVECs) ist hier ein bekannter Lösungsansatz. Die Ausbildung funktioneller Gefäße in Kombination mit einem reduzierten osteogenen Differenzierungspotential von hMSCs von älteren Patienten stellt einen wesentlichen Nachteil dar. Ziel der vorliegenden Studie war daher, die Bedingungen für 2D- und 3D-Co-Kulturen von hMSCs aus osteoporotischen Patienten und hUVECs zu optimieren.

Methode:

DiehMSCs wurden aus Femurköpfen (Spender > 80 Jahre) mit medialer Schenkelhalsfraktur und operativer Versorgung mit Duokopf- oder Totalendoprothese, isoliert. Wir analysierten das osteogene Potential in 2D-Bedingungen in Ko-Kultur mit verschiedenen hUVECs zu hMSCs-Verhältnissen (1:2, 1:1, 2:1, 3:1). Darüber hinaus wurden Kollagenleitschienen (Resorba, Deutschland) mit hUVECs und hMSCs in Rotations-Seeding-Technik besiedelt. Weiter wurden die hUVECs und hMSCs auf den Leitschienen in Gegenwart von osteogenem Differenzierungsmedium für 14 und 21 Tage kultiviert.

Ergebnisse:

Wir konnten geeignete Bedingungen für die Ko-Kultivierung von hUVECs und hMSCs schaffen. Die Osteogenese von hMSCs von älteren Spendern in Ko-Kulturen mit hUVECs findet verstärkt satt. Wir untersuchen in Folgestudien die Wechselwirkung zwischen diesen beiden Zelltypen und die Signalwege, sowie die Ursachen für die unterschiedliche Stärke Kalziumablagerungen. Ein aktueller Ausblick ist die Überprüfung des Überlebens von hUVECs in einer Ko-Kultur von GFP-markierten hUVECs mit hMSCs.

Diskussion:

Wir konnten geeignete Bedingungen für die KCo-Kultivierung von hUVECs und hMSCs schaffen. Die Osteogenese von hMSCs von älteren Spendern in KCo-Kulturen mit hUVECs findet verstärkt satt. Wir untersuchen in Folgestudien die Wechselwirkung zwischen diesen beiden Zelltypen und die Signalwege, sowie die Ursachen für die unterschiedlichen Stärke KCalzciumablagerungen. Ein aktueller Ausblick ist die Überprüfung dses Überlenbens von demn hUVECs in einer CKo-Kultur von GFP-markierten hUVECsS mit hMSCs.