Gentransfer des humanen Fibroblasten-Wachstumsfaktor 2 (hFGF-2) verbessert die Reparatur osteochondraler Defekte : eine Studie im adulten Großtiermodell

Abstract

Fragestellung. Fokale osteochondrale Defekte heilen nicht. Der direkte Gentransfer des humanen Fibroblasten-Wachstumsfaktor 2 (hFGF-2) mittels klinisch angepassten, rekombinanten adeno-assoziierten viralen (rAAV) Vektoren ist ein wirksames Werkzeug, um Reparaturprozesse in Knorpeldefekten zu aktivieren. In dieser Arbeit überprüfen wir die Hypothese, dass rAAV-vermittelter Gentransfer von hFGF-2 die Reparatur osteochondraler Defekte im translationalen in vivo-Großtiermodell verbessert. Methoden. Nach Miniarthrotomie wurden standardisierte, osteochondrale Defekte (Durchmesser 3,5 mm) in den Kniegelenken (Trochlea femoris) von erwachsenen Merinoschafen gesetzt (n = 7). Die Defekte wurden mit rAAV-hFGF-2 Vektoren durch direkte Applikation in die Defekte behandelt und mit einem analogen (Reporter) rAAV- lacZ-Kontrollgentransfer verglichen (jeweils 10 μl). Nach sechs Monaten wurde die Knorpelreparatur durch bildgebende Verfahren und durch histologische, immunhistochemische sowie biochemische Verfahren evaluiert. Ergebnisse. Nach sechs Monaten postoperativ führte eine effektive und prolongierte rAAV-vermittelte Überexpression von hFGF-2 zu einer verbesserten Reparatur des subchondralen Knochens, verglichen mit der Behandlung durch lacZ. Die rAAV-hFGF- 2-Therapie verbesserte signifikant die individuellen Parameter des histologischen Bewertungssystems „Defektfüllung“, „Matrixanfärbbarkeit“ und „Zellmorphologie“ sowie den Gesamtpunktwert der Knorpelreparatur, jeweils im Vergleich zur Kontrollgruppe. Die rAAV-vermittelte Überexpression von hFGF-2 führte zu einer signifikant höheren Zelldichte und einer stärkeren Produktion von Typ-II-Kollagen bei gleichzeitiger signifikant niedrigeren Produktion von Typ-I-Kollagen im knorpeligen Reparaturgewebe. Makroskopisch lag eine signifikant verringerte perifokale Arthrose vor. Schlussfolgerung. Der rAAV-vermittelte Gentransfer von hFGF-2 verbesserte die strukturelle osteochondrale Reparatur im klinisch relevanten Großtiermodell nach sechs Monaten in vivo. Die Verabreichung therapeutischer (FGF-2) rAAV-Vektoren in fokale osteochondrale Defekte könnte in der nahen Zukunft neue Möglichkeiten zur Verbesserung der osteochondralen Reparatur eröffnen.

Introduction. Focal osteochondral defects do not heal. Direct gene transfer of the human fibroblast growth factor 2 (hFGF-2) via clinically adapted recombinant adeno- associated viral (rAAV) vector is a powerful tool to durably activate the repair processes in sites of articular cartilage injury. In the present study, we tested the hypothesis that rAAV-mediated gene transfer of hFGF-2 improves the repair of osteochondral defects in a large translational animal model in vivo. Methods. After mini-arthrotomy, standardized osteochondral defects (diameter 3.5 mm) were created in the stifle joints (trochlea femoris) of adult merino sheep (n = 7). Each knee joint was treated with an rAAV human FGF-2 (hFGF-2) vector by direct administration into the defects relative to control (reporter) rAAV-lacZ gene transfer (10 μl each defect). After six months, cartilage repair was evaluated by imaging techniques, histological, immunohistochemical and biochemical methods. Results. After six months in vivo, effective and prolonged rAAV-mediated hFGF-2 overexpression led to better subchondral bone repair versus lacZ treatment. rAAV- hFGF-2-treatment improved significantly individual parameter „filling of the defect”, „matrix staining”, „cellular morphology“ and the overall score of cartilage repair of the histological scoring system, each compared with the control group. The rAAV-mediated overexpression of hFGF-2 led to significantly higher cell densities and increased production of type-II-collagen, while type-I-collagen production was significantly decreased in the cartilaginous repair tissue. Macroscopic findings displayed a reduced perifocal osteoarthritis. Conclusion. rAAV-mediated overexpression of hFGF-2 improved structural parameters of osteochondral repair in a clinically relevant large animal model over time in vivo. Application of therapeutic (FGF-2) rAAV vectors in sites of focal osteochondral defects may offer novel tools to improve osteochondral repair in a close future.