Assessment of cartilage graft maturation in vitro

Arthrose (OA) stellt in der heutigen Gesellschaft eine erhebliche gesellschaftliche und wirtschaftliche Belastung dar. Trotz der enormen Entwicklungen im Bereich des Gelenkknorpelgewebe-Engineerings (AC TE) im letzten Jahrzehnt war keiner der TE-basierten Ansätze in der Lage, den Knorpel auf das Niveau nativen Gewebes zu regenerieren. Das etablierte Paradigma von AC TE beinhaltet den Einsatz undifferenzierter MSCs in Kombination mit 3D-Gerüsten/Hydrogeln und geeigneten Wachstumsfaktoren, um die chondrogene Differenzierung von Zellen und die Ablagerung von ECM-Komponenten wie Kollagen und Glykosaminoglykanen zu induzieren. Sobald in vitro erfolgreich Gewebe gebildet wurde, können künstlich hergestellte Knorpeltransplantate in vivo in großen Tiermodellen untersucht werden, um die Sicherheit und Wirksamkeit solcher Transplantate zu bewerten. Leider versagen viele Transplantate in vivo, was auf die allgemeine Ungeeignetheit und Unreife der künstlich hergestellten Gewebe hinweist, um in der mechanisch anspruchsvollen Umgebung des Gelenks in vivo zu funktionieren. Noch wichtiger ist, dass es keinen Anreiz gibt, erfolglose Studien zu veröffentlichen oder zur Veröffentlichung einzureichen, was darauf hindeutet, dass die Zahl der fehlgeschlagenen Studien mit großen Tiermodellen erheblich höher sein könnte. Daher besteht Bedarf an neuartigen Strategien zum Screening und Identifizieren von in vitro hergestellten Knorpeltransplantaten, die in vivo höhere Erfolgsaussichten haben. Dieser Ansatz würde nicht nur die Erfolgsquote solcher Studien erhöhen, sondern auch ein großes Potenzial zur Reduzierung der Anzahl der in solchen Studien verwendeten Tiere bieten. In diesem Zusammenhang gibt es Hinweise darauf, dass chondrogen differenzierende MSCs in späteren Differenzierungsstadien anabol auf mechanischen Stress reagieren, indem sie ECM-Komponenten wie Glykosaminoglykane produzieren. Interessanterweise ist die Differenzierung von MSCs auch mit Stoffwechselveränderungen verbunden, bei denen die Glykolyse mit fortschreitender Reifung reduziert und die oxidative Phosphorylierung verstärkt wird. Ziel dieses Projekts ist die Entwicklung einer Plattform, mit der solche Stoffwechselveränderungen durch die Probenahme von Metaboliten innerhalb und außerhalb der sich entwickelnden Knorpeltransplantate beurteilt werden können, um Aussagen über die Reife zu treffen. Durch die Einrichtung einer solchen Plattform wäre zusätzlich zu den häufig verwendeten biochemischen und histologischen Techniken innerhalb von AC TE eine zusätzliche Anzeige verfügbar, die eine fundiertere Entscheidungsfindung vor einem In-vivo-Übergang eines potenziellen Knorpeltransplantats ermöglichen würde.