Z Orthop Unfall 2007; 145(1): 102-107
DOI: 10.1055/s-2007-960533
Grundlagenforschung

© Georg Thieme Verlag Stuttgart · New York

Differenzierungsverhalten humaner adulter arthrotischer Chondrozyten unter 2 D- und 3 D-Kultivierungsbedingungen in einem Kollagen-I-Gel

Differential Behaviour of Human Adult Arthrotic Chondrocytes under 2 D- and 3 D-Cultivation Set-Ups in a Collagen I GelM. Niethard1 , U. Schneider2 , R. Wallich3
  • 1Orthopädische Universitätsklinik der RTWH Aachen
  • 2Abt. f. Orthopädie, Arthro Nova Clinic, Rottach-Egern
  • 3Institut für Immunologie der Universität Heidelberg
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Publication History

Publication Date:
08 March 2007 (online)

Zusammenfassung

Ziel: Ziel der Studie war es, den Einfluss von Kulturbedingungen auf die Differenzierung humaner Chondrozyten in Monolayerkultur (2 D) und in einer 3-dimensionalen Kollagen-I-Matrix hinsichtlich knorpelspezifischer Marker zu untersuchen. Methode: Humane arthrotische Knorpelzellen wurden von neun adulten Spendern (Durchschnittsalter 72,1 Jahre) isoliert, denen eine Knieendoprothese implantiert wurde. Die isolierten Zellsuspensionen wurden geteilt und je ein Anteil im dreidimensionalen Kollagengel (3 D) und in Monolayerkultur (2 D) kultiviert. Mit Hilfe der Real-time-PCR wurde der mRNA-Anteil für Kollagen I und II, Aggrecan und melanoma inhibitory activity (MIA) zu unterschiedlichen Zeitpunkten quantifiziert. Ergebnisse: In der 2 D-Passagierung zeigte sich zwischen P 00 und P 01 ein signifikanter Anstieg der Kollagen-I-Expression (p = 0,009), während die Kollagen-II-Expression signifikant abfiel (p = 0,022). In der 3 D-Kultivierung waren die Messunterschiede für Kollagen I nicht signifikant (p = 0,757), wohingegen es bei der Kollagen-II-Expression zwischen 2 und 4 Wochen zu einem signifikanten Abfall kam (p = 0,001). Schlussfolgerung: Bei zunehmender Passagierung humaner adulter Knorpelzellen älterer Patienten in Monolayer (2 D)-Kulturen kommt es zu einer verminderten Expression von Kollagen II. Bei einer 3 D-Kultivierung wird dieser Abfall verzögert. Die Annahme, eine Knorpelzelldedifferenzierung durch 3 D-Kultivierung aufzuhalten oder rückgängig zu machen, wird durch unsere Studie infrage gestellt. Auf der Basis unserer Ergebnisse empfehlen wir die Verwendung frisch isolierter und somit gering dedifferenzierter Knorpelzellen zur Knorpelzelltransplantation.

Abstract

Aim: The aim of this study was to assess the influence of culture conditions on the differentiation of human chondrocytes expanded in monolayer (2 D) or a three-dimensional (3 D) biodegradable collagen type I matrix, with regard to chondrocyte-specific markers. Method: Human arthrotic chondrocytes were taken from nine adult donors (average age 72.1 years) undergoing knee replacement. The isolated cell suspensions were split and cultivated either in a 3-dimensional collagen gel (3 D) or in a monolayer (2 D). The amounts of mRNA for collagen I and II, aggrecan and melanoma inhibitory activity (MIA) were quantified by means of real-time PCR at different times. Results: The 2 D-passaged cells showed a significant increase of collagen I between P 00 and P 01 (p = 0.009), whereas the expression of collagen II decreased significantly (p = 0.022). There was no significant change for collagen I in 3 D-cultivation, whereas the collagen II expression decreased significantly after 2 to 4 weeks (p = 0.001). Conclusion: Human adult chondrocytes obtained from elderly patients showed a decreased expression of collagen II with increased passaging in the monolayer (2 D). The decrease was delayed in 3 D-cultivation. We thus question the assumption that the dedifferentiation of chondrocytes can be prevented or reversed by 3 D-cultivation. Based on our results, we recommend the use of freshly isolated and therefore sparsely dedifferentiated chondrocytes for transplantation.

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Dr. M. Niethard

Orthopädische Universitätsklinik der RTWH Aachen

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