Zeitschrift für Stammzellforschung und -therapie

Abstrakt

Entwicklung einer 3D-Alginat-Verkapselung für ein besseres chondrogenes Differenzierungspotenzial als das 2D-Pellet-System

Tanya Debnath, Usha Shalini, Lakshmi K Kona, VidyaSagar JVS, Suguna Ratnakar Kamaraju, Sumanlatha Gaddam und Lakshmi Kiran Chelluri

Einleitung: Gelenkknorpelschäden haben ein reduziertes Regenerationspotenzial. Dies ist auf die mangelnde Blutversorgung an der Verletzungsstelle und die weit verteilten Chondrozyten in der dichten extrazellulären Matrix zurückzuführen. Alternative Strategien zur Regeneration des beschädigten Gewebes erfordern die exogene Versorgung mit mehreren Chondrozytenimplantaten. Die Optimierung einer geeigneten Gewebekulturmethode zur Anreicherung von Chondrozyten ist mit inhärenten Herausforderungen verbunden, weshalb die Verwendung von Alginathydrogel erforderlich ist. Darüber hinaus stellen aus menschlichem Fettgewebe gewonnene Stammzellen eine ideale Gewebequelle zur Behandlung großer fokaler Defekte dar.
Ziele: Wir untersuchten das Differenzierungspotenzial, die Expansion und die Wachstumskinetik der aus menschlichem Fettgewebe gewonnenen Stammzellen (hADSCs) in 3D-Alginatmikrokugeln. Das Wachstumsmuster der Gelenkchondrozyten wurde auch im Pelletsystem untersucht.
Methoden: Isolierte hADSCs und aus Knorpel gewonnene Chondrozyten wurden kultiviert und mittels Durchflusszytometrie und Rasterelektronenmikroskopie (SEM) charakterisiert. Die Zelllebensfähigkeit und -kompatibilität wurde mithilfe von MTT- und Annexin-V-FITC-Tests untersucht. Die chondrogene Regulierung wurde mithilfe von RT-PCR untersucht.
Ergebnisse: Gleichmäßig verteilte, in Alginat-Mikrokügelchen eingekapselte Zellen wurden mittels SEM abgebildet und zeigten ab der dritten Passage einen multipotenten Stammzellphänotyp. hADSCs waren innerhalb der Alginat-Mikrokügelchen metabolisch aktiv. Die Chondrozytenpelletkultur aus Knorpel zeigte im Vergleich zur Alginateinkapselung ein geringeres Wachstumspotenzial. Apoptotische Tests lieferten ein Sicherheitsprofil für das Alginat während des Zellwachstums. Die Hochregulierung knorpelspezifischer Gene wie Transforming Growth Factor-beta (TGF-β), Kollagen Typ X, Knorpel-Oligomermatrixprotein (COMP) und Kollagen Typ II wurde während der gesamten Kulturdauer in Alginatkügelchen beobachtet.
Schlussfolgerung: Der Chondrozyten-Phänotyp blieb in einem Pelletsystem mit Glykosaminoglykan-reichen (GAG) Polysacchariden erhalten. Darüber hinaus konnten sich hADSCs innerhalb der Alginatmatrix vermehren und in chondrogene Abstammungslinien differenzieren. Daher würde ein angereicherter Chondrozytenbedarf in Alginat als Gerüstdesign bei der Behandlung großer fokaler Defekte helfen.