TGFβ-1-Gentransfer in Gelenkknorpelzellen

Zusammenfassung

TGFβ-1 ist ein essentieller Wachstumsfaktor in der Gewebedifferenzierung und stimuliert auch die Syntheseaktivität in Knorpelzellen. Der Effekt einer Wachstumsfaktorsubstitution innerhalb eines biologischen Systems ist jedoch zeitlich stark limitiert, so dass der Transfer von Wachstumsfaktorgenen hier eine kontinuierliche lokale Bereitstellung des Zytokins ermöglichen würde und so zu verbesserten Resultaten in der Knorpelregeneration führen könnte. Gelenkknorpelzellen des Kaninchens wurden kultiviert und retroviral mit dem TGFβ-1 und dem LacZ-Gen transfiziert. Nach radioaktiver Markierung der Proteoglykan- und Kollagenneosynthese wurden die Ergebnisse der genveränderten Zellen mit unbehandelten Chondrozytenkulturen verglichen. Die TGFβ-1-Konzentration nach entsprechendem Gentransfer war im Vergleich zur unbehandelten Kontrollgruppe verdoppelt, nach LacZ-Gentransfer zeigte sich eine Reduktion der basalen TGFβ-1-Konzentration. Die Proteoglykansynthese in der TGFβ-1-Gruppe zeigte einen 96 %igen Anstieg verglichen zur normalen Knorpelzellproduktion. Bei der LacZ-Gruppe zeigte sich der gegenteilige Effekt in Form einer Reduktion der basalen Proteoglykansynthese um 44 %. Die Kollagenneosynthese in der TGFβ-1-transfizierten Gruppe betrug 304 % verglichen zur normalen Knorpelzellkultur und war um 35 % reduziert in der LacZ-Gruppe. Die Ergebnisse der TGFβ-1-transfizierten Gruppe unterschieden sich signifikant von den beiden Kontrollgruppen. Viraler Gentransfer in Chondrozyten ist möglich, jedoch werden die zellulären Syntheseleistungen beeinträchtigt. Der Transfer eines spezifischen Wachstumsfaktorgens hingegen überkompensiert diesen Effekt und bewirkt eine deutliche Steigerung in der Matrixneosynthese kultivierter Chondrozyten.

Summary

TGFβ-1 has been shown to upregulate matrix synthesis in articular chondrocytes. TGFβ-gene transfer to chondrocytes has the potential to increase the local production of this key component within regenerating cartilage after trauma and could support the repair process in articular cartilage laesions. Primary rabbit articular chondrocytes were cultured and retrovirally transfected with the experimental TGFβ-1 and the lacZ marker gene for control purposes. After radioactive labeling of new synthesized matrix protiens results were compared with normal primary chondrocytes. After TGFβ-1 gene transfer the endogenous growth factor concentration was doubled compared to normal chondrocytes and decreased in the lacZ control group. The proteoglycan synthesis in TGFβ-1 transfected chondrocytes showed a 96 % increase compared to the basal production of normal chondrocytes. The LacZ transfected group revealed the opposite effect by a 44 % decrease. The collagen synthesis of TGFβ-1 transfected chondrocytes was 304 % compared to normal chondrocytes, predominantly type II collagen. The lacZ group collagen production was reduced by 35 %. We conclude that TGFβ-1 gene transfer overcomes the decreasing effect observed by transfection with the LacZ marker gene and increases matrix synthesis in articular chondrocytes. Genetically altered chondrocytes might improve the repair of cartilage lesions by stimulating matrix synthesis and supporting the expression of the hyaline phenotype.