Bitte benutzen Sie diese Referenz, um auf diese Ressource zu verweisen: doi:10.22028/D291-27667
Titel: Nichtvirale zellvermittelte Überexpression der humanen Wachstumsfaktoren IGF-I und IGF-I/FGF-2 verbessert die Reparatur von osteochondralen Defekten im Großtiermodell
Verfasser: Meyer, Heinz-Lothar
Sprache: Deutsch
Erscheinungsjahr: 2017
Erscheinungsort: Homburg/Saar
SWD-Schlagwörter: Wachstumsfaktor
Freie Schlagwörter: Wachstumsfaktor IGF-I
Wachstumsfaktor IGF-I/FGF-2
DDC-Sachgruppe: 610 Medizin, Gesundheit
Dokumentart : Dissertation
Kurzfassung: Hintergrund. Osteochondrale Gelenkknorpeldefekte heilen schlecht. In der vorliegenden tierexperimentellen Studie wurde der Einfluss einer zellvermittelten Überexpression der humanen Wachstumsfaktoren IGF-I und IGF-I/FGF-2 auf die Reparatur von osteochondralen Defekten im Großtiermodell untersucht. Fragestellungen. Speziell wurden drei Hypothesen untersucht: (1) Zeigen mit IGF-I behandelte Defekte eine bessere Knorpelreparatur, als die jeweilige Kontrollgruppe, die mit lacZ behandelt wurden? (2) Zeigen mit IGF-I/FGF-2 behandelte Defekte eine bessere Knorpelreparatur als die jeweilige Kontrollgruppe, die mit lacZ behandelt wurden? (3) Ist die Knorpelreparatur nach kombinierter Therapie mit IGF-I/FGF-2 besser als nach singulärer IGFI- Therapie? Methoden. Allogene ovine Chondrozyten wurden mit Plasmid- Expressionsvektoren für IGF-I, einer Kombination aus IGF-I/FGF-2 oder dem Escherichia coli (lacZ)-Gen transfiziert und in Alginat verkapselt. Die IGF-I-, IGF-I/FGF-2- und lacZ-Sphäroide wurden in zylindrische osteochondrale Defekte der medialen Femurkondyle und Trochlea von Kniegelenken adulter Merinoschafe implantiert. Nach 18 Wochen in vivo wurde die Defektreparatur durch makroskopische (Homburger und Oswestry Bewertungssystem), histologische (Bewertungssysteme nach Sellers, Pineda und Little) und immunhistochemische (Typ-I und -II-Kollagen) Bewertungssysteme evaluiert. Ergebnisse. Beide Gruppen, die mit implantierten IGF-I-Sphäroiden bzw. IGF-I/FGF-2-Sphäroiden behandelten wurden, zeigten eine signifikant bessere Knorpelreparatur im Vergleich zur jeweiligen Kontrollgruppe, die mit lacZ-Sphäroiden behandelt wurden. Die implantierten IGF-I/FGF-2-Sphäroide vermittelten (trotz numerisch besserer Werte) keine statistisch signifikant verbesserte histologische Knorpelreparatur als IGF-I Sphäroide. In allen Untersuchungsgruppen war die histologische Knorpelreparatur in der Trochlea besser als in der medialen Femurkondyle. Bemerkenswerterweise verringerte sowohl die Implantation von IGF-I- als auch von IGF-I/FGF-2- Sphäroiden signifikant arthrotische Veränderungen des an die Defekte angrenzenden Knorpels in der Trochlea im Vergleich zur jeweiligen Kontrollgruppe, die mit lacZ-Sphäroiden behandelt wurden. In der medialen Femurkondyle waren die numerisch verringerten arthrotischen Veränderungen bei der Implantation von IGF-I- sowie von IGF-I/FGF-2- Sphäroiden im Vergleich zur jeweiligen Kontrollgruppe nicht signifikant unterschiedlich. Diskussion. Die zellvermittelte Überexpression der Wachstumsfaktoren IGF-I und FGF-2 in osteochondralen Defekten verbesserte die histologische Knorpelreparatur von osteochondralen Defekten in Trochlea und medialer Femurkondyle des Kniegelenkes bei Schafen. Die Aussagekraft dieser Daten wird in Folgestudien weiter evaluiert werden, um die Voraussetzung für klinische Studien mit diesem Ansatz zu schaffen.
Introduction. Osteochondral defects are an unsolved problem in reconstructive cartilage repair. Here, we tested in a preclinical large animal model the hypothesis that transplantation of alginate spheres containing articular chondrocytes which were genetically modified to overexpress a human insulin-like growth factor I (IGF-I) gene or a combination of IGF-I and the human fibroblast growth factor 2 (FGF-2) gene can enhance the repair of osteochondral defects in the trochlear groove and the medial femoral condyle in vivo. Methods. Caprine articular chondrocytes were transfected with expression plasmid vectors containing a cDNA for the E. coli lacZ gene (lacZ implants), the human IGF-I gene (IGF-I implants) or both the human IGF-I and FGF-2 genes (IGF-I/FGF-2 implants). LacZ, IGF-I and IGF-I/FGF-2 implants were transplanted into cylindrical osteochondral defects in the trochlear groove and the medial femoral condyle of adult sheep. After 18 weeks in vivo, articular cartilage repair was evaluated using macroscopic (Homburger and Oswestry Score), elementary and complex histological (Pineda and Sellers Score) and immunhistological scores (type-I and II collagen). Moreover, osteoarthritic changes in the cartilage adjacent to the defects were evaluated using the Little Score. Articular cartilage repair was compared between these two locations. Results. After 18 weeks in vivo, implantation of both IGF-I and IGF-I/FGF-2 spheres markedly improved osteochondral repair at both topographical location within the knee joint compared with control lacZ spheres. Moreover, implantation of both IGF-I and IGF-I/FGF-2 spheres led to significantly reduced osteoarthritic changes in the cartilage adjacent to osteochondral defects in the trochlear groove. Hence, spatially defined overexpression of both human IGF-I and a combination of human IGF-I and FGF-2 resulted in most enhanced articular cartilage repair in osteochondral defects in the trochlear groove and the medial femoral condyle in vivo. Conclusions. Transfection of therapeutic factors like the growth factors IGF-I and FGF-2 in osteochondral defects improve their cartilage healing in trochleas and condyles of sheep knee joints. Such hydrogel-based delivery of therapeutic factors based on nonviral overexpression provides a versatile tool to evaluate other potential therapeutic genes in vivo with the aim of developing molecular strategies for osteochondral repair. Insights gained from these data may lead to more effective treatment options for acute osteochondral defects. Future studies will transfer the design of this study to major animal models with investigations over a longer period.
Link zu diesem Datensatz: urn:nbn:de:bsz:291--ds-276675
hdl:20.500.11880/27314
http://dx.doi.org/10.22028/D291-27667
Erstgutachter: Madry, Henning
Tag der mündlichen Prüfung: 8-Jan-2018
SciDok-Publikation: 18-Jan-2019
Fakultät: M - Medizinische Fakultät
Fachrichtung: M - Orthopädie
Fakultät / Institution:SciDok - Elektronische Dokumente der UdS

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