Einfluß von Wachstumsfaktoren auf die Zellproliferation und Matrixsynthese von kultivierten menschlichen Chondrozyten

Zusammenfassung

Die Transplantation autologen Knorpels wird in der rekonstruktiven Chirurgie vor allem zum Ersatz von Skelettdefekten eingesetzt. Wegen des begrenzten Angebotes an frischem autologem Knorpel wurde eine Vielzahl von Untersuchungen zur in-vitro-Herstellung von Knorpelgewebe unternommen. Verschiedene Wachstumsfaktoren regulieren den Metabolismus und die Aktivierung von Knorpelzellen. Um die Kulturbedingungen für Chondrozyten zu verbessern, wurde der Einfluß von transforming growth factor (TCF)-beta, epidermal growth factor (ECF) und basic fibroblast growth factor (bFCF) auf die Proliferation und die Matrixsynthese von menschlichen Chondrozyten aus Nasenseptumknorpel untersucht. Die isolierten Zellen wurden in Monolayer und Agar kultiviert. Die biologischen Effekte der Wachstumsfaktoren wurden durch die Bestimmung der Gesamtprotein- und Proteoglykansynthese sowie der Zellproliferationsrate bestimmt. Wir konnten einen Anstieg der Proliferationsrate nach Zugabe der verschiedenen Wachstumsfaktoren beobachten. Die stärkste Stimulation trat nach Zugabe von bFCF und weniger nach Zugabe von ECF auf. Wenn alle Wachstumsfaktoren zusammen zugegeben wurden, wurde ein fünffacher Anstieg in der Proliferationsaktivität der Zellen erzielt. Die Effekte konnten durch Faktoren, die in fötalem Kälberserum vorhanden sind, verstärkt werden. TCF-beta verursachte eine dosisabhängige Stimulation des Gesamtproteins und der Proteoglykansynthese bei Chondrozyten, die in Monolayer und Agar kultiviert wurden. Die Wirkung von TCF-beta auf die Matrixsynthese war bei Chondrozyten, die in Agar kultiviert worden waren, größer als bei Chondrozyten, die im Monolayer wuchsen. Unter keiner der Kulturbedingungen wurden stimulierende Effekte von bFCF auf die Matrixsynthese festgestellt. Zusammenfassend kann man feststellen, dass die Kulturbedingungen für die Knorpelzüchtung unter der Verwendung von Wachstumsfaktoren optimiert werden können.

Summary

In reconstructive surgery, autologous cartilage grafting is commonly performed to reconstruct skeletal defects. Because of the limited supply of fresh autologous cartilage, many investigators concentrate on the in vitro production of cartilage tissue. Several growth factors regulate the metabolism and activation of cartilage cells. The aim of our investigation was to characterize the influence of transforming growth factor (TCF)-beta, epidermal growth factor (EGF), and basic fibroblast growth factor (bFCF) on the proliferation and matrix synthesis of human nasal septal chondrocytes. The isolated cells were cultured in monolayer and in agar. The biological effects of the growth factors were assessed by determining the total protein and proteoglycan synthesis and cell proliferation. We observed an increase of the proliferation rates when the different growth factors were added. Greater stimulation was produced by bFGF than by EGF. Adding all growth factors together produced a fivefold increase in the proliferation activity of the cells. The effects were enhanced by factors present in fetal calf serum. TGF-beta caused dose-dependent stimulations of total protein as well as glycosaminoglycan synthesis in chondrocytes cultured in monolayer and agar. The stimulating effect of TGF-beta on matrix synthesis was greater for chondrocytes cultured in agar than for chondrocytes cultured in monolayer. No stimulatory effects of bFGF on the matrix synthesis were observed in any of both culture conditions. We can conclude that the conditions for cartilage cultivation can be optimized by employing growth factors.

Schlüsselwörter

Transforming growth factor (TCF)-beta - Epidermal growth factor (ECF) - Basic fibroblast growth factor (bFCF) - Chondrozyten - Knorpeltransplantation - Gewebezüchtung

Key words

Transforming growth factor beta - Epidermal growth factor - Basic fibroblast growth factor - Chondrozyte - Cartilage grafting - Tissue cultivation