Untersuchungen zum Einsatz von Monozyten in der Knochenheilung

Abstract

Größere Knochendefekte erweisen sich seit jeher als Problem der operativen Orthopädie und Unfallchirurgie, da sie durch herkömmliche Implantate oder Transplantate nicht suffizient behandelt werden können, ohne mit einer hohen Co-Morbidität verbunden zu sein.

Berichte über das osteoblastäre Differenzierungspotenzial von Monozyten in der jüngeren Literatur wecken diesbezüglich Hoffnungen, da sie als geeignete zelluläre Komponente im Rahmen eines künstlichen Gewebeersatzes dienen könnten. Die geringe Invasivität, die zur Gewinnung dieser Zellen notwendig ist, scheint diese für die autologe Gewebereparatur gegenüber anderen Zellformen zu bevorteilen.

Ziel der vorliegenden Arbeit war es, die Eignung von zirkulierenden Monozyten hinsichtlich ihrer osteoblastären Differenzierbarkeit zu untersuchen, wobei als Zwischenstufe Zellformen mit Stammzellcharakter dienen sollten – sogenannte Programmable Cells of Monocytic Origin und Monocyte-derived Mesenchymal Progenitors (PCMOs und MOMPs). Dabei wurde im Speziellen der Einfluss von verschiedenen Dedifferenzierungsbehandlungen bzw. selektionierenden Vorbehandlungen sowie einer anschließenden osteogenen Re-Differenzierung hinsichtlich ihrer Auswirkung auf die Expression von „typischen“ osteoblastären Oberflächen- und Funktionsmarkern untersucht.

Es konnte gezeigt werden, dass sich PCMOs und MOMPs hinsichtlich ihrer Oberflächenmarker nicht signifikant voneinander unterschieden und selbst lediglich in Kultur gehaltene Monozyten eine spontane Dedifferenzierung in vitro zeigten. Darüberhinaus ließ sich bei der anschließenden Differenzierungsbehandlung weder ein verändertes Expressionsprofil von charakteristischen osteoblastären Oberflächenmarkern nachweisen noch eine erfolgreiche Transdifferenzierung auf funktioneller Ebene zeigen. Ferner erwiesen sich häufig in der Literatur als „typisch“ bezeichnete osteoblastäre Merkmale als unspezifisch und somit zur eindeutigen Charakterisierung nicht ausreichend. Eine gesteigerte Expression der Alkalischen Phosphatase im Rahmen der Differenzierungsbehandlung war als natürlicher Vorgang im Rahmen der monozytären Reifung zu deuten. Neben einer persistierenden CD 68-Expression und einer positiven TRAP-Färbung konnte damit eine osteoklastäre Differenzierung nachgewiesen werden, ein eindeutiger Hinweis auf eine osteoblastäre Transdifferenzierung ließ sich nicht feststellen.

Somit ergab sich in der vorliegenden Arbeit kein sicherer Hinweis auf ein osteoblastäres Differenzierungspotenzial von humanen Monozyten aus dem peripheren, venösen Vollblut. Vielmehr scheint es sich bei den gemachten Beobachtungen um eine Differenzierung in Richtung Osteoklasten-ähnlichen Zellen zu handeln, die auch wenige Osteoblastenmarker besitzen. Vielfach in der Literatur herangezogene „typische“ Oberflächen- und Funktionsmarken scheinen darüber hinaus nicht spezifisch für eine osteoblastäre Charakterisierung zu sein. Es bleibt somit weiterhin unklar, inwieweit sich Monozyten als geeignete Zellform zum Tissue engineering von Knochengewebe eignen. Weitere Untersuchungen von De- und Transdifferenzierungswegen sind notwendig, um deren Natur zu verstehen und sie für den experimentellen und klinischen Einsatz nutzen zu können.