Stammzellen in der Knorpelforschung

Zusammenfassung

Knorpel ist ein zellarmes Gewebe, das im Gegensatz zu Knochen nicht in der Lage ist, sich selbst zu heilen und die zur Zeit für die Behandlung von Knorpelschäden zu Verfügung stehenden Therapiemöglichkeiten können keine wirkliche Heilung der Defekte bewirken. Ein viel versprechender Ansatz zur Behandlung von Knorpelschäden ist die Transplantation körpereigener, im Labor vermehrter Knorpelzellen (Autologe Chondrozyten-Transplantation). Da der Patient bei dieser Methode die Entnahme gesunden Knorpels aus seinem Kniegelenk in Kauf nehmen muss, werden Stammzellen als alternative Zellquelle für eine erfolgreiche Heilung von Knorpelschäden nachhaltig erforscht. Mesenchymale Stammzellen, die unter anderem im Knochenmark, im Fettgewebe, in Muskeln oder der Haut eines jeden erwachsenen Menschen zu finden sind, besitzen ein hohes Potenzial für die Reparatur von geschädigten Geweben. Im Gegensatz zu embryonalen Stammzellen haben sie den Vorteil, dass sie aus dem jeweiligen Patienten selbst gewonnen werden. Im Labor sollen sie dann so programmiert werden, dass sie zu den für die Therapie benötigten Zelltypen heranwachsen. Basierend auf dem aktuellen Verständnis der Stammzelldifferenzierung werden in dieser Arbeit die viel versprechenden Eigenschaften von mesenchymalen Stammzellen vorgestellt und potenzielle Vorteile ihres Einsatzes bei der Reparatur von Knorpelschäden den möglichen Nachteilen gegenübergestellt. Die funktionelle Eignung mesenchymaler Stammzellen und ihre phänotypische Langzeitstabilität sind Kernforderungen für einen klinischen Einsatz zur regenerativen Therapie von Knorpelschäden.

Abstract

Cartilage is a tissue of low cellularity which, in contrast to bone, is unable to heal spontaneously. Currently available therapeutic options cannot promise full restoration of a hyaline articular cartilage tissue. A promising approach to treat focal cartilage defects is transplantation of autologous chondrocytes expanded in culture. Since the patient has to accept damage of healthy cartilage tissue from the knee joint for harvesting of chondrocytes, adult mesenchymal stem cells are discussed as an alternate cell source for successful healing of injured cartilage. Mesenchymal stem cells, which reside in bone marrow, adipose tissue, muscle or skin of adults, have a high regeneration potential for tissue repair. In contrast to embryonic stem cells they are derived from the patient to be treated. In order to obtain the desired cell types they may be programmed to differentiate in culture. Based on the actual concept of stem cell differentiation this work summarizes the promising characteristics of mesenchymal stem cells and contrasts their high potential for cartilage repair with possible shortcomings inherent to such cells. Functional suitability and phenotypic stability are imperative for the clinical application of stem cells in regenerative therapy of cartilage lesions.

Literatur

• 1 Bjornson C R, Rietze R L, Reynolds B A, Magli M C, Vescovi A L. Turning brain into blood: a hematopoietic fate adopted by adult neural stem cells in vivo.  Science. 1999;  283 534-537
• 2 Blau H M, Brazelton T R, Weimann J M. The evolving concept of a stem cell: entity or function?.  Cell. 2001;  105 829-841
• 3 De Bari C, Dell'Accio F, Luyten F P. Failure of in vitro-differentiated mesenchymal stem cells from the synovial membrane to form ectopic stable cartilage in vivo.  Arthritis Rheum. 2004;  50 142-150
• 4 Donovan P J, Gearhart J. The end of the beginning for pluripotent stem cells.  Nature. 2001;  414 92-97
• 5 Friedenstein A J, Chailakhjan R K, Lalykina K S. The development of fibroblast colonies in monolayer cultures of guinea-pig bone marrow and spleen cells.  Cell Tissue Kinet. 1970;  3 393-403
• 6 Friedenstein A J, Latzinik N W, Grosheva A G, Gorskaya U F. Marrow microenvironment transfer by heterotopic transplantation of freshly isolated and cultured cells in porous sponges.  Exp Hematol. 1982;  10 217-227
• 7 Orlic D, Kajstura J, Chimenti S. et al . Bone marrow cells regenerate infarcted myocardium.  Nature. 2001;  410 701-705
• 8 Parsch D, Fellenberg J, Brummendorf T H, Eschlbeck A M, Richter W. Telomere length and telomerase activity during expansion and differentiation of human mesenchymal stem cells and chondrocytes.  J Mol Med. 2004;  82 49-55
• 9 Shay J W. Telomerase in human development and cancer.  J Cell Physiol. 1997;  173 266-270
• 10 Song L, Tuan R S. Transdifferentiation potential of human mesenchymal stem cells derived from bone marrow.  FASEB J. 2004;  18 980-982
• 11 Wagers A J, Weissman I L. Plasticity of adult stem cells.  Cell. 2004;  116 639-648
• 12 Winter A, Breit S, Parsch D. et al . Cartilage-like gene expression in differentiated human stem cell spheroids.  Arthritis Rheum. 2003;  48 418-429