Effekte mechanischer Reize auf osteogen differenzierte Zellen in einer dreidimensionalen Kollagen-Typ-1-Matrix

Abstract

Ziel dieser Arbeit war es, mesenchymale Progenitorzellen (MPC) aus Knochenmark in einer dreidimensionalen Kollagen Typ I-Matrix osteogen zu differenzieren und bezüglich ihrer Reaktion auf mechanische Reize mit undifferenzierten Progenitorzellen zu vergleichen. Die MPC wurden parallel in Expansions- und Differenzierungsmedium kultiviert, um unterschiedlich weit differenzierte MPC-Populationen zu erhalten, deren Reaktion auf zyklische mechanische Dehnung verglichen wurde. Untersucht wurden der Einfluss der Kulturmedien, der Kultivierungsdauer und des mechanischen Reizes auf mRNA-Ebene mittels real-time-PCR und auf Proteinebene mittels ELISA und histochemischen Färbemethoden. Es wurden die Dauer der Differenzierung, die Zelldichte und die Art der Zellkultivierung variiert. Unter Differenzierungsbedingungen wurden einige osteogene Marker stärker exprimiert als unter Expansionsbedingungen. Eine Mineralisierung der Kollagengele fand nur bei höherer Zelldichte (>1x106 Zellen/Gel) statt. Eine Vordifferenzierung im Monolayer vor der Kultivierung im Kollagengel konnte die Differenzierung nicht beschleunigen. Auch die Expression von Matrixmetalloproteinasen war teilweise vom Differenzierungsstadium der MPC beeinflusst. Die mechanische Stimulation führte zu einer Erhöhung osteogener Marker, wobei manche Gene unter Expansions- und Differenzierungsbedingungen, manche Gene nur unter Differenzierungsbedingungen auf den mechanischen Reiz ansprachen. Auch die Reaktion der Matrixmetalloproteinasen auf den mechanischen Reiz war zum Teil abhängig von der Zelldichte und den Differenzierungsbedingungen. Die Daten zeigen, dass sowohl die Differenzierung der MPC als auch die Reaktion der MPC auf den mechanischen Reiz stark von Zelldichte und Kulturmedien beeinflusst werden. Mechanische Reize erhöhen die Expression früher osteogener Marker und modulieren die Expression Matrix-abbauender Gene.