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doi:10.22028/D291-32337
Titel: | Gentransfer von humanem Transkriptionsfaktor Sox9 mittels rekombinanter adeno-assoziierter viraler Vektoren verbessert die Reparatur von osteochondralen Defekten im Großtiermodell |
VerfasserIn: | Lange, Cliff |
Sprache: | Deutsch |
Erscheinungsjahr: | 2020 |
Erscheinungsort: | Homburg/Saar |
Kontrollierte Schlagwörter: | Osteochondrosis dissecans Therapie Gentransfer |
DDC-Sachgruppe: | 500 Naturwissenschaften 610 Medizin, Gesundheit |
Dokumenttyp: | Dissertation |
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 zu diesem Datensatz: | urn:nbn:de:bsz:291--ds-323377 hdl:20.500.11880/29887 http://dx.doi.org/10.22028/D291-32337 |
Erstgutachter: | Madry, Henning |
Tag der mündlichen Prüfung: | 23-Sep-2020 |
Datum des Eintrags: | 21-Okt-2020 |
Fakultät: | M - Medizinische Fakultät |
Fachrichtung: | M - Orthopädie |
Professur: | M - Prof. Dr. Henning Madry |
Sammlung: | SciDok - Der Wissenschaftsserver der Universität des Saarlandes |
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