Einer der frühesten Marker und grundlegende Voraussetzung für eine osteoblastäre Zelldifferenzierung ist der Core binding factor alpha1 (Cbfa1). Studien mit knock-out Mäusen konnten ebenfalls eine Rolle des Cbfa1 auf die Reifung von Chondrozyten und für die enchondrale Ossifikation zeigen. Dies lässt auf ein Differenzierungspotential von kartilaginären Zellen in osteoblastäre Zellen schließen. In dieser Studie wurde die Expression und Regulation von Cbfa1 in gesunden und arthrotischen humanen Gelenkchondrozyten in vitro in Abhängigkeit von Kulturdauer und dem Einfluss einer dreidimensionalen Zellanordnung in einer Alginatmatrix untersucht.
Die humanen Gelenkchondrozyten wurden aus Operationspräparaten isoliert. Die so gewonnenen Chondrozyten wurden mit DMEM/Hams F12K Medium, 20% fetalem Kälberserum und 1% Penicillin/Streptomycin in einer Atmosphäre von 5% CO2 bei 37°C kultiviert. Es wurden zweidimensionale und auf Alginat basierende dreidimensionale Kulturen angelegt. Aus diesen Ansätzen wurde in regelmäßigen Abständen die Expression des Cbfa1 mittels mRNA Extraktion und Amplifikation (PCR) untersucht. Die Bestimmung wurde nach Standardprotokollen (Qiagen) durchgeführt, eine quantitative Bestimmung erfolgte im Verhältnis zum Housekeeping Gen HPRT.Bei unseren Untersuchungen konnte in arthrotischen humanen Chondrozytenkulturen, im Vergleich zu gesunden, eine unterschiedliche Cbfa1 Expression beobachtet werden. Bei den arthrotischen kam es anfänglich zu einem signifikanten Anstieg der Genexpression, der im Verlauf der Beobachtungen, der in Alginat eingebrachte Zellen, rückläufig wurde, bis die Cbfa1 Expression schließlich wieder dem Anfangsniveau entsprach.Die gesunden humanen Chondrozyten zeigten nur minimale Veränderung an. Die Werte für die Genexpression bewegten sich während der gesamten Untersuchung um die gemessene Anfangsexpression.
Die in dieser Studie beobachtete Regulation des Core binding factor alpha1 (Cbfa1), könnte eine Erklärung des Krankheitsverlaufs bei degenerativen Arthrosen bieten. Die Umdifferenzierung (Plastizität) der Chondrozyten in Richtung eines mehr osteoblastären Phänotyps kann möglicherweise die mangelnde Regeneration arthrotischen Knorpels erklären. Andererseits eröffnet die Redifferenzierung in der auf Alginat basierenden dreidimensionalen Chondrozytenkultur eine Möglichkeit der Erzeugung differenzierter Knorpelzelltransplantate auch aus bereits arthrotisch vorgeschädigtem Gewebe.
Die hier vorgestellten Ergebnisse bieten zum einen auf molekularer Ebene, eine mögliche Erklärung für die Pathologie der Arthrose, eröffnen aber auch zum anderen Optionen für mögliche Strategien zur Behebung bereits entstandener Schäden im Bereich des Gelenkknorpels.
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