Ctrl ST2 MC3T3-E1 DADM NovoMatrix® NCM CCM „Positive Auswirkungen dreidimensionaler kollagenbasierter Matrices auf das Verhalten von Ostoeprogenitorzellen” Zhikai Lin, Cristina Nica, Anton Sculean, Maria B. Asparuhova. Positive Effects of Three-Dimensional Collagen-Based Matrices on the Behavior of Osteoprogenitors. Front Bioeng Biotechnol. 2021 Jul 21;9:708830. Ziel Aktuelle Forschungsarbeiten haben gezeigt, dass verstärkte dreidimensionale (3D) Kollagen-Matrices ein stabiles Gerüst zur Rehabilitation von verlorenem Volumen bei defizitärem Alveolarknochen darstellen. In der vorliegenden Studie wurde das Migrations-, Adhäsions-, Proliferations- und Differenzierungspotenzial von mesenchymalen Stroma-ST2-Zellen und präosteoblastischen MC3T3-E1-Zellen als Reaktion auf vier verschiedene 3D-Kollagen-Matrices vergleichend untersucht (Abb. 4a–c). Getrocknete azelluläre Dermalmatrix (DADM), hydratisierte azelluläre Dermalmatrix (HADM/ NovoMatrix®), nicht vernetzte Kollagenmatrix (NCM) und vernetzte Kollagenmatrix (CCM) verbesserten alle die Motilität der Osteoprogenitorzellen. Ergebnisse Vergleich zu DADM und NCM lösten HADM und CCM eine stärkere Migrationsreaktion aus. Während Zellen in Kombination mit DADM und NCM vergleichbare Proliferationsraten aufwiesen wie Kontrollzellen ohne zusätzliche Anwendung von Biomaterialien, vermehrten sich Zellen auf HADM und CCM deutlich schneller. Die proliferationsfördernde Wirkung der beiden Matrices wurde durch eine erhöhte Genexpression zur Regulierung der Zellteilung unterstützt. In den Zellen dieser beiden Gerüste wurde eine erhöhte Genexpression für die adhäsiven Moleküle Fibronektin, Vinculin, CD44-Antigen und das intrazelluläre adhäsive Molekül-1 beobachtet, was auf hervorragende adhäsive Eigenschaften der untersuchten Biomaterialien schließen lässt. Im Gegensatz zu den Genen für Knochenmatrixproteine Kollagen Typ I (Col1a1) und Osteopontin (Spp1), welche in allen Arten von Matrices induziert wurden, war die Expression der osteogenen Differenzierungsmarker Runx2, Alpl, Dlx5, Ibsp, Bglap2 und Phex in Zellen auf HADM und CCM signifikant erhöht. Die kurze/klinisch relevante Vorbeschichtung der 3D-Biomaterialien mit Schmelz- Matrix-Derivat (EMD) oder rekombinantem morphogenetischem Knochenprotein-2 (rBMP2) steigerte die osteogene Differenzierung beider Osteoprogenitor-Zelllinien auf allen Matrices signifikant, einschließlich DADM und NCM. Dies deutet darauf hin, dass die biologische Aktivität von EMD und BMP-2 auch nach Freisetzung aus den Matrices erhalten bleibt. EMD löste die Expression aller für die Osteogenese zusammenhängenden Gene aus, während rBMP-2 die Expression früher, intermediärer und später osteogener Differenzierungs-Marker mit Ausnahme von Col1a1 und Spp1 hochregulierte. Zusammenfassung Zusammengefasst unterstützen die Ergebnisse den positiven Einfluss von NovoMatrix® und CCM auf die Rekrutierung, das Wachstum und die osteogene Differenzierung der Osteoprogenitor-Zelltypen. Darüber hinaus bekräftigen die Daten, dass die Biofunktionalisierung der kollagenbasierten Matrices mit EMD oder rBMP-2 eine mögliche Behandlung bei Knochendefekten in der klinischen Praxis darstellt. 4a Abb. 4: Erhöhtes Migrationspotenzial von Osteoprogenitor-Zelllinien gegenüber vier verschiedenen kollagenbasierten Matrices. Migration von stromalen mesenchymalen ST2 (a, b) und präosteoblastischen MC3T3-E1-Zellen (a, c) gegenüber DADM-, HADM-, NCM- und CCM-Matrices wurde mit einem modifizierten Boyden-Kammer-Migrationsassay unter Verwendung von ThinCert® transwell PET- Membranträger mit einer Porengröße von 8 μm bewertet. (a) Repräsentative Bilder von fixierten und gefärbten Zellen, die zur Unter- seite der Membran in jeder der Versuchsgruppen gewandert sind. Maßstabsbalken, 500 μm. (b, c) Quantifizierung der Zellmigration in Abwesenheit (Ctrl) oder Anwesenheit von kollagenbasierten Matrices unter Verwendung der Software Image J durch Messung der Fläche auf der Unterseite des Membranträgers, die mit migrierten Zellen bedeckt ist. Die Daten stellen Mittelwerte ± SD aus drei unabhängigen Experimenten, die mit jeder der beiden Zelllinien durchgeführt wurden. Signifikante Unterschiede zu den jeweiligen Kontrollen, sofern nicht anders angegeben (***p < 0.001, **p <0.01, *p < 0.05). 4.5 4.0 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 Ctrl NovoMatrix® NCM CCM DADM Zellbedeckter Bereich (beliebige Einheiten) ST2 4c 4.5 4.0 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 Ctrl NovoMatrix® NCM CCM DADM MC3T3-E1 *** *** ** ** ** * *** *** *** * *** ** *** *** * 4b
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