Please use this identifier to cite or link to this item: doi:10.22028/D291-32337
Title: Gentransfer von humanem Transkriptionsfaktor Sox9 mittels rekombinanter adeno-assoziierter viraler Vektoren verbessert die Reparatur von osteochondralen Defekten im Großtiermodell
Author(s): Lange, Cliff
Language: German
Year of Publication: 2020
Place of publication: Homburg/Saar
SWD key words: Osteochondrosis dissecans
Therapie
Gentransfer
DDC notations: 500 Science
610 Medicine and health
Publikation type: Doctoral Thesis
Abstract: Fragestellung. Fokale osteochondrale Defekte sind ein ungelöstes klinisch-orthopädisches Problem. Gentransfer-basierte Therapiestrategien sind ein experimenteller Ansatz zu seiner Lösung. In der vorliegenden Arbeit testeten wir die Hypothesen, dass direkter Gentransfer des humanen Transkriptionsfaktors Sox9 via rekombinanter adeno-assoziierter viraler (rAAV) Vektoren sowohl (1) die Knorpelreparatur als auch (2) die mikroarchitektonische Wiederherstellung des subchondralen Knochens von osteochondralen Defekten im Großtiermodell verbessert und (3) der Entwicklung von arthrotischen Veränderungen im angrenzendem Gelenkknorpel protektiv entgegenwirkt. Methoden. In osteochondrale Defekte der Trochleae femores von adulten Merinoschafen wurden entweder rAAV-Sox9-Behandlungsvektoren oder rAAV-lacZ-(β-Galaktosidase)-Kontrollvektoren appliziert. Nach 6 Monaten in vivo wurde die Knorpelreparatur und der angrenzende Gelenkknorpel untersucht und durch etablierte makroskopische, histologische und immunhistochemische Bewertungssysteme und biochemische Analysen evaluiert. Die Mikroarchitektur des subchondralen Knochens wurde durch Mikrofokus-Computertomographie (Mikro-CT) beurteilt. Ergebnisse. (1) Gentransfer von Sox9 via rAAV-Vektoren verbesserte signifikant individuelle Parameter der Knorpelreparatur wie Defektfüllung, Matrixanfärbbarkeit, Zellmorphologie, Defektarchitektur, Oberflächenarchitektur, subchondraler Knochen, Tidemark und den Gesamtpunktwert im komplexen histologischen Bewertungssystem nach Sellers et al. sowie führte zu signifikant besseren Einzelpunktwerten Zellmorphologie, Knorpeldicke und dem Gesamtpunktwert im histologischen Bewertungssystem nach Wakitani et al.; je im Vergleich mit lacZ-Kontrolldefekten. Die Immunreaktivität des knorpligen Reparaturgewebes nach Sox9-Gentransfer war für Typ-I-Kollagen signifikant erniedrigt. Biochemisch lag in den mit Sox9-behandelten Defekten eine signifikant höhere zelluläre Proteoglykanproduktion bei signifikant reduzierter Zellzahl vor. (2) Die Mikrostruktur des unvollständig wiederhergestellten subchondralen Knochens war nicht signifikant unterschiedlich bei häufig auftretenden subchondralen Knochenveränderungen. (3) Der an die Defekte angrenzende Gelenkknorpel zeigte in Sox9-behandelten Defekten signifikant weniger Zellklone und eine signifikant stärkere Anfärbbarkeit mit Safranin-O; beides Zeichen reduzierter degenerativer Veränderungen. Zusammenfassung 2 Schlussfolgerungen. Der rAAV-vermittelte Gentransfer von humanem Transkriptionsfaktor Sox9 verbessert signifikant die Knorpelreparatur von osteochondralen Defekten in Schafen in vivo ohne Einfluss auf die Mikroarchitektur des subchondralens Knochens. Weiterhin reduziert rAAV-vermittelte Überexpression von Sox9 signifikant das Ausmaß perifokaler arthrotischer Veränderungen im Sinne einer Arthroseprotektion. Diese Ergebnisse unterstreichen das hohe Potential der rAAV-Sox9-Vektoren als therapeutische Werkzeuge zur Behandlung von Knorpeldefekten.
Introduction. Focal osteochondral defects are an unsolved problem in clinical orthopaedics. Gene transfer-based strategies are an innovative experimental approach to solve this problem. In the present work, we tested the hypotheses that direct gene transfer of the human transcription factor Sox9 via recombinant adeno-associated viral (rAAV) vectors improves both (1) articular cartilage repair and (2) subchondral bone restoration of osteochondral defects in a large animal model and (3) protectively counteracts the development of osteoarthritic changes in the articular cartilage adjacent to the defects. Methods. In osteochondral defects of the Trochleae femores of adult sheeps either rAAV-Sox9-treatment vectors or rAAV-lacZ-(β-Galactosidase)-control vectors were applied. After 6 months in vivo, cartilage repair and the adjacent articular cartilage were evaluated applying established macroscopic, histological, immunohistochemical scoring systems and biochemical analyses. The microarchitecture of the subchondral bone was assessed by microfocus computed tomography (micro-CT). Results. (1) Gene transfer of Sox9 via rAAV vectors significantly improved individual parameters of cartilage repair such as defect filling, matrix staining, cell morphology, defect architecture, surface architecture, subchondral bone, tidemark and the overall point value of the complex histological evaluation system according to Sellers et al. as well as the individual point values for cell morphology, cartilage thickness and the total point value in the histological evaluation system according to Wakitani et al. in comparison with lacZ control defects. Immunoreactivity against type-I-collagen of the cartilaginous repair tissue after Sox9 gene transfer was significantly reduced. There was a significantly higher proteoglycan production per cell in the cartilaginous repair tissue of defects treated with Sox9 with a significantly reduced cell number. (2) The microstructure of the incompletely restored subchondral bone was not significantly different between groups and often showed alterations of the subchondral bone. (3) The adjacent articular cartilage of Sox9-treated defects showed significantly fewer cell clones and significantly more safranin-O staining, both signs of reduced osteoarthritic changes. Conclusions. The rAAV-mediated gene transfer of the human transcription factor Sox9 significantly improves the cartilage repair of osteochondral defects in sheep in vivo without influencing the microarchitecture of the subchondral bone. Furthermore, rAAV- mediated overexpression of Sox9 significantly reduces the extent of perifocal osteoarthritic changes, thus providing a protective role. These results underline the high potential of the rAAV-Sox9 vectors as therapeutic tools for the treatment of cartilage defects.
Link to this record: urn:nbn:de:bsz:291--ds-323377
hdl:20.500.11880/29887
http://dx.doi.org/10.22028/D291-32337
Advisor: Madry, Henning
Date of oral examination: 23-Sep-2020
Date of registration: 21-Oct-2020
Faculty: M - Medizinische Fakultät
Department: M - Orthopädie
Professorship: M - Prof. Dr. Henning Madry
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