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Fragestellung: In vitro generiertes Knorpelgewebe auf der Basis mesenchymaler Stammzellen (MSC) stellt eine vielversprechende Möglichkeit der Therapie von Gelenkknorpeldefekten in Aussicht. Trotz intensiver Forschung bestehen jedoch weiterhin Bedenken hinsichtlich der phänotypischen Stabilität von MSC nach der Chondrogenese. In vitro chondrogen differenzierte MSCs neigen zur Hypertrophie, wenn sie aus den pro-chondrogenen Bedingungen entfernt und in eine in vivo Umgebung implantiert werden. Unsere Vorarbeiten haben gezeigt, dass eine Reduktion der Hypertrophie mit einer verringerten Aktivität des WNT-Signalwegs einhergeht. Auch in der Therapie der Arthrose stellt WNT-Signaling einen potenziellen Therapieansatz dar und in Form des krankheitsmodifizierenden Osteoarthritis-Medikaments SM04690 (Lorecivivint) befindet sich bereits ein WNT-Inhibitor in klinischer Erprobung. Um das Potenzial von WNT-Modulatoren im Tissue Engineering von Gelenkknorpel zu ergründen haben wir die Auswirkung der WNT-Inhibitoren SM04690 (selektiver Inhibitor des kanonischen WNT/ß-Catenin-Signalwegs) und FRZB (globaler WNT-Inhibitor) auf die Chondrogenese von humanen MSCs untersucht.

Methodik: Humane MSCs werden in Pellet-Zellkultur 14 Tage lang in einem chemisch definierten Medium mit 10ng/mL TGF-ß chondrogen vordifferenziert. Danach wird durch Einfluss des physiologischen Wachstumsfaktor BMP4 die hypertrophe Differenzierung induziert und die Konstrukte werden für weitere 14 Tage in „hypertrophem“ Medium (25 ng/ml BMP4) inkubiert. Die Testgruppen werden zusätzlich mit SM04690 (30 nM) bzw. FRZB (0,25 µg/ml) behandelt. Am 28. Tag werden die Konstrukte auf ihre Genexpression untersucht (Kollagen 1, 2 und 10 sowie MMP13). Knorpelmatrix und -phänotyp werden histologisch beurteilt und aus dem Kulturmedium wird die Aktivität der ALP als hypertropher Marker bestimmt. Statistische Unterschiede zwischen den Gruppen werden mittels einseitiger ANOVA mit Bonferroni-Post-hoc-Test ermittelt.

Ergebnisse: Beide eingesetzten WNT-Inhibitoren bewirkten eine signifikante Reduktion des hypertrophen Pheno- und Genotyps der differenzierten MSCs sowohl unter chondrogenen als auch hypertrophen Bedingungen. Dies zeigte sich histologische durch Reduktion von Anzahl und Volumen der hypertrophen Chondrozyten sowie der Hypertrophie-typischen Matrixzusammensetzung (Collagen 10, ALP), durch reduzierte ALP-Aktivität und eine verringerte Genexpression der hypertrophen Marker Collagen 10 und MMP13. Hierbei ergab die globale WNT-Inhibition durch FRZB ein günstigeres Verhältnis der chondrogenen und hypertrophen Gene.

Schlussfolgerung: Die Möglichkeit, die in vitro Chondrogenese von MSCs und deren phänotypische Stabilität durch Modulation des WNT-Signalwegs zu modifizieren, könnte auf dem Gebiet des Tissue Engineering ein entscheidender Schritt in der Entwicklung von stabilem Knorpelersatzgewebe aus mesenchymalen Zellquellen sein. Weitere Untersuchungen müssen die geeigneten Wachstumsfaktoren, Applikationszeitpunkte und Konzentrationen identifizieren.