Attenuation of hypertrophy in chondrogenically differentiating human mesenchymal stem cells via treatment with a retinoic acid receptor inverse agonist

Die körpereigene Fähigkeit zur Regeneration von elenkknorpel nach traumatischer oder degenerativer Schädigung ist stark eingeschränkt. Mesenchymale Stammzellen (MSCs) sind eine vielversprechende Quelle zur Regeneration von esenchymalem Gewebe wie etwa hyalinem Knorpel. MSCs haben das Potential zukünftig autologe Chondrozyten in der Therapie von Knorpeldefekten zu ersetzen. Es besteht die Chance, dass die pluripotenten Zellen die embryonale Entwicklung von Gelenkknorpelzellen während der Skelettformation nachvollziehen können. Jedoch exprimieren in vitro chondrogen differenzierten MSCs hypertrophe Marker wie Kollagen X und atrixmetalloproteinase 13 (MMP13). Dies zeigt, dass die Chondrogenese der MSCs nicht auf einer für Gelenkknorpelzellen üblichen Entwicklungsstufe endet, sondern spontan weiterläuft hin zu einem hypertrophen Stadium, wie es für die Chondrozyten der Wachstumsfuge während der enchondralen Ossifikation typisch ist. Da Hypertrophie jedoch langfristig in Apoptose und Ossifikation mündet, schränkt dieser Umstand den Einsatz von MSCs in tissue engineering von Gelenkknorpel maßgeblich ein. In der Skelettentwicklung übt der Retinsäure - Rezeptor (RAR) – Signalweg einen wichtigen Einfluss auf die Entwicklung von mesenchymalen Vorläuferzellen aus. Während Retinoide die Chondrogenese hemmen und die Hypertrophie in der Wachstumsfuge fördern, scheint die Unterdrückung der RAR-Wirkung für frühe chondrogene Differenzierungsstufen notwendig zu sein. Daher haben wir die Hypothese aufgestellt, dass die Behandlung von chondrogen differenzierenden Chondrozyten mit dem inversen RAR-Agonisten BMS 204,493 die Hypertrophie hemmen kann. Um diese Hypothese zu überprüfen haben wir die Wirkung von BMS auf humane MSCs auf histologischer, genetischer sowie Protein-Ebene untersucht. Hypertrophie wurde in chondrogen vordifferenzierten MSCs durch den Entzug von transforming growth factor β (TGFβ) und Dexamethason sowie durch den Einfluss von bone morphogenic protein 4 (BMP4) induziert. Die Behandlung mit BMS bewirkte nach Einleitung der Hypertrophie eine Hemmung der hypertrophen Differenzierung der hMSCs, deutlich zu erkennen an der geringeren Zellgröße, ALP-Aktivität und Kollagen X - Genexpression sowie - Produktion. Die Wirkung von BMS war abhängig vom Zeitpunkt der Applikation und am stärksten ausgeprägt bei Anwendung in der frühen Phase der Differenzierung. Die Möglichkeit die Entwicklung von MSCs durch die II Hemmung des RAR-Signalwegs durch BMS zu modifizieren dürfte für die Produktion von stabilem Gewebe zur Regeneration von Gelenkknorpel hilfreich sein