Behandlung von kritischen Knochendefekten mittels Zahn-Pulpa-MSCs

Projektleiter:
Dr. med. Stefan Zwingenberger

Laufzeit:
01.01.2017 - 31.12.2017

Projektbeschreibung:
Die Behandlung von kritischen Knochendefekten stellt im klinischen Alltag nach wie vor eine große Herausforderung dar und geht leider regelmäßig mit einer langen Leidensgeschichte des betroffenen Patienten einher. Die verfügbare Menge an autologem Knochen als derzeitiger „Behandlungs-Gold-Standard“ ist limitiert und die Entnahme kann mit ausgeprägten Schmerzen, neurovaskulären Schäden oder Infektionen an der Entnahmestelle einhergehen. Allograft als oft verwendetes alternatives Knochenfüllmaterial führt aufgrund fehlender lebender Zellen und damit unzureichender knöcherner Integration zu einer Versagensrate von bis zu 30%.
In diesem Kontext stellt das Knochen-Tissue Engineering (TE) - die ex vivo Synthese von Knochengewebe - eine vielversprechende Therapieoption dar. Verfahren hierzu beinhalten die Verwendung knochenbildender Zellen und ein dreidimensionales, poröses Gerüstmaterial (Scaffold) zur Unterstützung der Anheftung, Proliferation und Differenzierung dieser Zellen. Während mesenchymale Stammzellen aus dem Knochenmark (BM-MSCs) schon seit vielen Jahren für das Knochen-TE eingesetzt werden, finden dentale Stammzellen aus der Zahn-Pulpa (DPSCs) bisher noch wenig Anwendung. DPSCs weisen eine hohe Proliferationsfähigkeit auf, sind aufgrund ihres embryonalen Ursprungs in der Lage in ekto- und mesodermale Zelltypen zu differenzieren und lassen sich ohne ihre Differenzierungsfähigkeit zu verlieren kryokonservieren. DPSCs können z.B. aus extrahierten Weisheitszähnen gewonnen werden und anschließend durch Kryokonservierung aufbewahrt werden, bis sie zur Behandlung eines Knochendefektes oder ggf. auch zur Herstellung anderer Gewebe benötigt werden.
Im vorliegenden Projekt sollen daher Stammzellen aus dem Knochenmark und aus der Zahn-Pulpa hinsichtlich ihres osteogenen Potentials in vitro und in vivo miteinander verglichen werden. Dazu werden BM-MSCs und DPSCs zunächst in vitro durch Zugabe osteogener Supplemente zum Kulturmedium über einen Zeitraum von max. 4 Wochen differenziert und anschließend die Expression osteoblastenspezifischer Gene und Proteine analysiert. Für die in vivo Untersuchung werden die beiden Zelltypen auf Scaffolds aus mineralisiertem Kollagen (MCM-Scaffolds) als Trägermaterial ausgesät und in einen kritischen Knochendefekt am Maus-Femur implantiert. Nach einer Observationszeit von 6 Wochen werden die Knochenregeneration mittels μCT-, biochechanischen und histologischen Untersuchungen evaluiert.