Bitte benutzen Sie diese Referenz, um auf diese Ressource zu verweisen: doi:10.22028/D291-27611
Titel: Mechanismen der frühen Chondrogenese im Knorpeldefekt in vivo – Untersuchungen des Einflusses von TGF-β1 im translationalen Großtiermodell durch solide Trägermaterialien und Überexpression mittels rekombinanter adeno-assoziierter viraler Vektoren
Verfasser: Asen, Ann-Kathrin Maria Elisabeth
Sprache: Deutsch
Erscheinungsjahr: 2018
Erscheinungsort: Homburg/Saar
SWD-Schlagwörter: Chondrogenese
Transforming Growth Factor beta 1
DDC-Sachgruppe: 610 Medizin, Gesundheit
Dokumentart : Dissertation
Kurzfassung: Fragestellung: Die Reparatur von Gelenkknorpeldefekten ist durch eine unvollständige Chondrogenese gekennzeichnet. Die Regulierung ihrer Frühphase in vivo ist jedoch weitgehend unklar. Die kontinuierliche Anwesenheit des transformierenden Wachstumsfaktors beta (TGF-β) ist hierbei von entscheidender Bedeutung, um eine wirksame Chondrogenese mesenchymaler Stammzellen zu induzieren. In der vorliegenden Arbeit wurden Mechanismen der frühen Chondrogenese unter Einfluss von TGF-β im Knorpeldefekt untersucht. Hierzu wurde der Wachstumsfaktor in osteochondralen Defekten einerseits durch verzögerte Freisetzung aus implantierten soliden Trägermaterialien, andererseits durch Überexpression mittels rekombinanter adeno-assoziierter viraler (rAAV) Vektoren (rAAV-TGF-β1) in einem Minischweinmodell in vivo bereitgestellt. Methoden: Osteochondrale Defekte in den Femurkondylen von Minischweinen wurden einerseits mit TGF-β1-freisetzenden Trägermaterialien (TGF-β1-Trägermaterialien; Kontrolle: normale Trägermaterialien), andererseits mit rAAV-Vektoren (rAAV-TGF-β1; Kontrolle: rAAV-β-Galaktosidase, rAAV-lacZ) behandelt. Die Knorpelreparatur wurde vier Wochen postoperativ durch etablierte makroskopische, histologische und immunhistochemische Bewertungssysteme evaluiert. Die Mikroarchitektur des subchondralen Knochens wurde durch Mikrofokus-Computertomographie beurteilt. Ergebnisse: Implantation von TGF-β1-Trägermaterialien stellte anhaltende Konzentration von TGF-β1 im Defekt für mindestens vier Wochen bereit und verbesserte signifikant die frühe Knorpelreparatur in vivo. Sowohl die frühe Aggrecanals auch die Typ-II-Kollagen-Produktion war in spezifischen topographischen Mustern im Reparaturgewebe erhöht. TGF-β1 erhöhte auch die Zellzahl im Reparaturgewebe signifikant, v. a. innerhalb der oberflächlichen und tiefen Zonen. Direkter Gentransfer von TGF-β1 mittels rAAV-Vektoren führte zu einer lokalen Überexpression von TGF- β1. Zudem wurden die zellulären und metabolischen Aktivitäten innerhalb des Defekts im Vergleich zu rAAV-lacZ induziert. Gleichzeitig führte diese Behandlung zu einer signifikanten Produktion von Typ-II-und Typ-X-Kollagen. Beide Strategien waren ohne Effekte die Mikrostruktur des subchondralen Knochens. Schlussfolgerungen: Diese Daten identifizieren einen Mechanismus, durch den TGF-β1 die frühe Chondrogenese moduliert, indem es die Anzahl der Vorläuferzellen erhöht, sowie deren Differenzierung und Matrixproduktion steigert, was zu verbesserten Strukturparametern führt. Diese Daten unterstreichen die zentrale Rolle von TGF-β1 während der frühen Chondrogenese bei der Knorpelreparatur.
Introduction: Incomplete chondrogenesis occurs during the repair of articular cartilage defects. However, regulation of its very early phases in vivo remains unclear. The continuous presence of transforming growth factor beta (TGF-β) is critically important to induce effective chondrogenesis of recruited mesenchymal stem cells. The present study investigated the mechanisms of TGF-β1 on early chondrogenesis in osteochondral defects. TGF-β1 was supplied in the osteochondral defect within continuous release of solid scaffolds and on the other hand via overexpression of recombinant adeno-associated viral vectors (rAAV) in a minipig model in vivo. Methods: Osteochondral defects in the femoral condyles were treated on the one hand with solid scaffolds (TGF-β1-scaffold; control: control scaffolds), on the other with recombinant adeno-associated viral vectors (rAAV-TGF-β1; control: rAAV-lacZ). Cartilage repair was evaluated four weeks postoperatively with established macroscopic, histological and immunohistochemical scoring systems. Reconstitution of the subchondral bone and its microarchitecture were examined by micro-computed tomography analysis. Results: The implantation of multiblock scaffolds provided sustained presence of TGF- β1 at four weeks and significantly promoted early overall cartilage repair in vivo. Furthermore, early aggrecan and type-II-collagen production were both increased in specific topographical patterns in the cartilaginous repair tissue. Sustained release of TGF-β1 also increased the cell numbers within the repair tissue, especially within the superficial and deep zones. Direct gentransfer of TGF-β1 via rAAV-vectors leads to a successful local overexpression of TGF-β1. Thus, applied here it triggered the cellular and metabolic activities within the defect relative to rAAV-lacZ. At the same time, it led to a noticeable production of type-II- and type-X-collagen without further effects on the subchondral bone. Conclusions: These data identify a mechanism by which TGF-β1 modulates early chondrogenesis by primarily increasing progenitor cell number, their differentiation and matrix production, resulting in enhanced structural parameters. These data highlight the pivotal role of TGF-β1 during early chondrogenesis in cartilage repair.
Link zu diesem Datensatz: urn:nbn:de:bsz:291-scidok-ds-276118
hdl:20.500.11880/27270
http://dx.doi.org/10.22028/D291-27611
Erstgutachter: Madry, Henning
Tag der mündlichen Prüfung: 8-Nov-2018
SciDok-Publikation: 17-Dez-2018
Fakultät: M - Medizinische Fakultät
Fachrichtung: M - Orthopädie
Fakultät / Institution:SciDok - Elektronische Dokumente der UdS

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