Rolle mesenchymaler Stammzellen für Arthrose-Therapie

Osteoarthrose (OA) ist die häufigste Gelenkerkrankung weltweit. OA des Kniegelenks ist besonders häufig und röntgenologisch diagnostizierte OA des tibiofemoralen Knie-Komparti-ments findet man in 5 - 15% der 35 - 74jährigen. Adulte Stammzellen werden zur Zeit für eine Reihe von therapeutischen Ansätzen erprobt, unter anderem auch bei OA. Die Wirk-samkeit einer Therapie mit mesenchymalen Stammzellen (MSC) bei OA ist jedoch umstrit-ten. Kürzlich sind in meinem Labor wesentliche Fortschritte in der Entwicklung von Tiermo-dellen für Zelltherapie und zellbasierte Gentherapie gelungen. Um das therapeutische Po-tenzial von regenerativen Therapieprotokollen zu erforschen ist es notwendig, das Schicksal von individuellen Spenderzellen oder manipulierten Zellen im Empfängerorganismus zu ver-folgen. Die durch das Immunsystem vermittelte Abstoßung von markierten Zellen ist jedoch ein allgemeines Problem bei der Transplantation von Zellen, die einen immunogenen Marker tragen. Dies gilt auch für Gentherapieprotokolle. Durch die Induktion einer spezifischen Tole-ranz gegenüber dem Markerprotein ist es uns jedoch gelungen, ein syngenes, immunkompetetes Rattenmodell für die Langzeitverfolgung von markierten Zellen zu etablie-ren. Zusätzlich fanden wir, dass der genetische Marker humane plazentäre alkalische Phosphatase (hPLAP) erstklassige histologische Detektionsqualität in Hartgeweben aufweist, weil dieses hitzestabile Markerenzym nicht nur die Paraffin-, sondern auch eine Methylmethacrylat- Einbettung überdauert. Vor kurzem haben wir ein neuartiges In-vivo-Zellverfolgungs-System generiert, das aus einer transgenen Donor- und einer dazu passen-den transgenen Empfänger-Mauslinie auf identischem genetischen Hintergrund besteht. Die Donorlinie exprimiert ubiquitär Wildtyp-hPLAP, während die Empfängerlinie eine mutierte Form des Markers (hPLAP E429G) exprimiert, die durch ihre Hitzelabilität leicht von der Wildtyp-Form unterschieden werden kann. Weil nur eine einzige Aminosäure zwischen Wildtyp und mutierter Form unterschiedlich ist, sind hPLAP E429G-transgene Mäuse tolerant gegenüber hPLAP. Diese Erfindungen sind zum Patent eingereicht. Im vorliegenden Projekt wollen wir 1. Basierend auf der in der Maus etablierten Technologie ein hPLAP/hPLAPE429G transgenes markertolerantes Rattenmodell generieren. Dieses Modell wird dann dazu benutzt, um 2. Die Faktoren zu untersuchen, die die Anheftung von MSC auf geschädigtem Knorpel bestimmen; und um 3. Das Langzeitüberleben und die Effektivität von intraartikulär injizierten MSC bei OA-Ratten, sowie die Migration von intraartikulär injizierten MSC in andere Organe zu analysieren. Knie-OA wird in hPLAP E429G markertoleranten Empfängern durch Destabilisierung des medialen Meniskus erzeugt. Als genetisch markierte Zellen werden MSC, die aus hPLAP-transgenen Ratten isoliert und expandiert wurden, verwendet. Wir sind davon überzeugt, dass das vorliegende Projekt unser Wissen über das Verhalten, die Wirksamkeit und die Sicherheit einer OA-Therapie mit autologen MSC deutlich verbessern wird. Unser Projekt könnte deshalb direkte Auswirkungen auf die klinische Medizin haben.

Adulte Stammzellen werden zur Zeit für eine Reihe von therapeutischen Ansätzen erprobt, unter anderem auch bei Osteoarthrose (OA), der häufigsten Gelenkerkrankung weltweit. Die Wirksamkeit einer Therapie mit mesenchymalen Stammzellen (MSC) zur Knorpelregeneration ist jedoch umstritten. Um das therapeutische Potenzial von zellbasierten regenerativen Therapieprotokollen zu erforschen ist es notwendig, das Schicksal von individuellen Spenderzellen oder manipulierten Zellen im Empfängerorganismus zu verfolgen. Die durch das Immunsystem vermittelte Abstoßung von markierten Zellen ist jedoch ein allgemeines Problem bei der Transplantation von Zellen, die einen immunogenen Marker tragen. Wir haben im vorliegenden Projekt ein neues Tiermodell entwickelt, mit dem sich genetisch markierte Zellen über lange Zeiträume in einem Empfängertier mit normalem Immunsystem verfolgen lassen, ohne dass es zu einer Abstoßung kommt. Dieses Tiermodell entspricht weitgehend der Situation in einem Patienten, der mit autologen, also körpereigenen, Stammzellen therapiert wird. Unter Benutzung dieses Tiermodells konnten wir zeigen, dass MSC nach Injektion in das Kniegelenk in der Lage sind, sich an fokale Knorpeldefekte anzuheften und die Regeneration des Knorpeldefekts positiv zu beeinflussen. Interessanterweise war es jedoch nicht so, dass sich aus den angehefteten MSC knorpelproduzierende Zellen entwickelten, sondern die MSC führten dazu, dass sich Zellen des Empfängertieres zu knorpelproduzierenden Zellen differenzierten. Unsere Experimente zeigten weiters, dass sich MSC über ganz bestimmte Membranproteine, sogenannte Integrine, an Knorpeldefekte anheften. Das vorliegende Projekt hat deshalb sehr wesentlich zu einem verbesserten Verständnis der Mechanismen beigetragen, die dem therapeutischen Effekt von MSC bei Knorpelschäden zugrunde liegen. Letztendlich könnte unser Projekt somit zu wesentlichen Verbesserungen von knorpelregenerativen Therapien mit MSC führen.