Chondrogenic differentiation of adipose-derived stem cells (ASCs) in a polyurethane-fibrin scaffold using various growth factor combinations

In der vorliegenden Arbeit wurden mesenchymale Fettstammzellen aus humanem abdominalen Fettgewebe erwachsener weiblicher Spender (n = 4) isoliert und in vitro expandiert. Die isolierten mesenchymalen Fettstammzellen wurden auf stammzellspezifische Oberflächenmoleküle mit der Durchflusszytometrie und histologisch auf ihr Multidifferenzierungspotential untersucht. Weitere isolierte mesenchymale Fettstammzellen wurden in Fibringel resuspendiert und in einen Polyurethanschaum eingebracht. Diese Polyurethan-Fibrin-Konstrukte wurden über einen Zeitraum von 21 Tagen in einem chondrogenen Differenzierungsmedium unter der Zugabe der Wachstumsfaktoren TGF-β3 (50 ng/ml), BMP-6 (500 ng/ml) und IGF-I (100 ng/ml) kultiviert. Der Nachweis der chondrogenen Differenzierung und der Bildung einer knorpelähnlichen extrazellulären Matrix erfolgte molekularbiologisch durch die Untersuchung der Polyurethan-Fibrin-Konstrukte auf knorpelspezifische Marker-Gene mittels Real-Time-Polymerase-Kettenreaktion (RT-PCR) und durch biochemische Analyse des DNA-, Glykosaminoglykan- und Kollagen-Gehalts. Zudem erfolgten histologische Färbungen mit Alzianblau und Safranin O sowie eine chromogene Immunhistochemie zur Darstellung der Extrazellularmatrix und knorpelspezifischer Proteine wie SOX-9. Um die angestrebte Biokompatibilität, Einheilung und Defektdeckung dieser chondrogen differenzierten Polyurethan-Fibrin-Konstrukte zu untersuchen, erfolgte zusätzlich ein in vivo-Versuch an Kaninchen mit autologen mesenchymalen Kaninchen-Fettstammzellen. Mesenchymale Kanichen-Fettstammzellen wurden aus dem Nackenfett von New Zealand white rabbits (n = 6) isoliert und vermehrt. Nach einer 2-wöchigen chondrogenen Vordifferenzierung der mesenchymalen Fettstammzellen in Polyurethan-Fibrin-Konstrukten durch Zugabe der Wachstumsfaktoren TGF-β3 (50 ng/ml) und BMP-6 (500 ng/ml) erfolgte die Implantation dieser Konstrukte in gestanzte, 4 mm große Knorpelläsionen der Kaninchenohrmuschel. Nach 3 und 6 Wochen wurden die chondrogen differenzierten Polyurethan-Fibrin-Konstrukte zur makroskopischen und histologischen Untersuchung durch Alzianblau- und Safranin O-Färbungen entnommen.Chondrogenic differentiation of adipose-derived stem cells (ASCs) in a polyurethane-fibrin scaffold using various growth factor combination