Laryngorhinootologie 2002; 81(7): 521-527
DOI: 10.1055/s-2002-33287
Plastische Chirurgie
© Georg Thieme Verlag Stuttgart · New York

Adulte mesenchymale Stammzellen - neue Möglichkeiten der Gewebezüchtung für die plastisch-rekonstruktive Chirurgie

Mesenchymal Stem Cells - A New Pathway for Tissue Engineering in Reconstructive SurgeryA.  Naumann 1 , J.  Dennis 2 , R.  Staudenmaier 1 , N.  Rotter 1 , J.  Aigner 3 , B.  Ziegelaar 1 , T.  Happ 1 , G.  Rasp 1 , A.  I.  Caplan 2
  • 1 Klinik und Poliklinik für Hals-, Nasen- und Ohrenkranke (Direktor: Prof. Dr. E. Kastenbauer), Ludwig-Maximilians-Universität München
  • 2 Skeletal Research Center (Direktor: Prof. A. I. Caplan), Case Western Reserve University, Cleveland-Ohio, USA
  • 3 Zentralinstitut für Medizintechnik (Direktor: Prof. Dr. E. Wintermantel), Technische Universität München
Herrn Prof. Dr. med. Ernst Kastenbauer zu seinem 65. Geburtstag gewidmet.
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Publication History

Eingegangen: 18. Februar 2002

Angenommen: 24. April 2002

Publication Date:
12 August 2002 (online)

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Zusammenfassung

Hintergrund: Mesenchymale Stammzellen besitzen die Fähigkeit, unter spezifischen Bedingungen in Knorpelzellen zu differenzieren. Adulte mesenchymale Stammzellen stellen ein beinahe unbegrenztes Zellreservoir für das Tissue Engineering autologer Knorpeltransplantate für Patienten mit Defekten im Kopf-Halsbereich dar. Methode: Humane adulte mesenchymale Stammzellen (hMSZ) wurden mit Hilfe eines Percollgradienten aus Knochenmarksproben isoliert. Die isolierten hMSZ wurden insgesamt 21 Tage in vitro unter konventionellen Zellkulturbedingungen amplifiziert und anschließend mit Hilfe von Transforming Growth Factor-beta 1 (TGF-beta 1) zu Knorpelgewebe in einem dreidimensionalen Aggregatkultursystem differenziert. Die Expression knorpelspezifischer Matrixbestandteile wurde histologisch (Toluidinblau, Safranin-O-Färbung) sowie immunhistochemisch (Kollagen-II- und X-Expression) nach 3 Wochen in dreidimensionaler In-vitro-Kultur untersucht. Ergebnisse: Die hMSZ (12,4 Mio ± 2,6 Zellen nach 1. Passage) konnten innerhalb von 21 Tagen in vitro auf bis zu 80,2 Mio ± 15,3 Zellen/Knochenmarksprobe mit einer über 90 %igen Zellvitalität amplifiziert werden. Die isolierten hMSZ haben unter Zugabe von TGF-beta 1 sowohl knorpelspezifisches Kollagen Typ II und X als auch Glykosaminoglykane in einem dreidimensionalen Zellkultursystem synthetisiert. Schlussfolgerung: Isolierte mesenchymale Stammzellen aus adultem Knochenmark differenzieren in einem dreidimensionalen In-vitro-Kultursystem zu Knorpelgewebe und stellen somit eine neue Möglichkeit zur Herstellung autologer Knorpeltransplantate für die plastisch-rekonstruktive Chirurgie der Zukunft dar.

Abstract

Introduction: Mesenchymal stem cells (MSC) have the capacity to differentiate into chondrocytes with the synthesis of cartilage. This report presents the use of human adult bone marrow derived mesenchymal stem cells for tissue engineering of autologous cartilage grafts. Methods: Human bone marrow aspirates were obtained from the iliac crest and fractionated on a Percoll gradient. The isolated hMSC were plated at 20 × 106 cells per 100 mm2 culture dish. After 21 days in culture at 37 °C with 5 % CO2, the adherent multiplied MSC were trypsinized, counted, and tested for viability by trypan blue assay. The hMSCs were loaded into a sterile 15 ml polypropylene tube (0.5 Mio cells/ml) and centrifuged on the bottom of the tube at 500 g for 5 minutes. The MSC were cultivated for 3 weeks in vitro in a specific chondrogenetic medium composed of Dulbecco's Modified Eagles Medium-High Glucose supplemented with 10 ng/ml transforming growth factor-beta 1, 1 % ITS-Premix medium, 80 µM ascorbic acid, and 100 nM dexamethasone. Results: Histological and immunohistochemical studies performed after 3 weeks in threedimensional culture demonstrated the expression of cartilage specific collagen type II and X as well as proteoglycans. Conclusion: Human adult mesenchymal stem cells derived from bone marrow aspirates have the ability to differentiate into chondrocytes under specific culture conditions by growth factors. The use of adult mesenchymal stem cells may be a promising tool for tissue engineering of autologous cartilage grafts in reconstructive surgery in the future.

Literatur

Dr. med. Andreas Naumann

Klinik und Poliklinik für Hals-, Nasen- und Ohrenkranke · Ludwig-Maximilians-Universität München

Marchioninistraße 15 · 81377 München ·

Email: andreas.naumann@hno.med.uni-muenchen.de