Eine Forschungsgruppe unter der Leitung von Dr. Denise Zujur und Associate Professor Makoto Ikeya hat eine Methode entwickelt, bei der aus iPS-Zellen gewonnene mesenchymale Stammzellen (iMSC) verwendet werden, um Knorpelsphäroide zu erzeugen, die neue Möglichkeiten für die Gewebereparatur bieten. Die Ergebnisse der Studie wurden online veröffentlicht in Grenzen der Zell- und Entwicklungsbiologie am 10. Mai 2023.
Derzeitige Behandlungsmöglichkeiten für die Reparatur von Knorpelgewebe sind begrenzt, und in der regenerativen Medizin werden üblicherweise Knorpel- und mesenchymale Stammzellen eingesetzt. Allerdings sind die klinischen Anwendungen dieser Zelltypen durch medizinische Komplikationen bei Spendern und eine schlechte Proliferationskapazität begrenzt.
Um diese Herausforderungen zu meistern, erforschte das Forschungsteam eine Differenzierungsmethode, um aus iMSCs hochwertige Knorpelsphäroide zu erzeugen. Sie entdeckten, dass die Verwendung einer kleinen Molekülverbindung namens TD-198946 die Effizienz der Differenzierung von iMSCs in Knorpel verbesserte. Mithilfe eines schrittweisen Induktionsprotokolls konnten sie erfolgreich hochwertige Knorpelsphäroide herstellen.
Sie zeigten außerdem, dass diese Sphäroide bei der Transplantation in immundefiziente Mäuse die Produktion extrazellulärer Matrix steigerten, was auf den Erhalt des Knorpels in vivo hinweist. Darüber hinaus fand das Forschungsteam in vivo keine Anzeichen von Dedifferenzierung, fibrotischer Knorpelbildung oder Hypertrophie und bestätigte damit die Sicherheit für eine mögliche klinische Anwendung.
Dieser Durchbruch unterstreicht, dass iMSCs eine vielversprechende zelluläre Quelle für die Knorpelreparatur mithilfe von Stammzellen sind. Darüber hinaus eröffnet die Fähigkeit der Sphäroide, innerhalb weniger Tage zu verschmelzen, die Möglichkeit, mithilfe von Bioprinting-Techniken größere Knorpelgewebe aufzubauen. Diese Forschung bietet neue Möglichkeiten für die Knorpelreparatur und bietet ein neuartiges Mittel zur Erzeugung erheblicher Mengen, die für eine therapeutische Knorpeltransplantation erforderlich sind. Zukünftige Forschung könnte die Machbarkeit klinischer Anwendungen untersuchen und das Potenzial der Kombination von Bioprinting-Technologien mit iMSC-abgeleiteten Knorpelsphäroiden für die groß angelegte Geweberekonstruktion untersuchen.
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Denise Zujur et al., Verbesserte chondrogene Differenzierung von aus iPS-Zellen stammenden mesenchymalen Stamm-/Stromazellen durch Induktion von Neuralleistenzellen für die Reparatur von hyalinem Knorpel, Grenzen der Zell- und Entwicklungsbiologie (2023). DOI: 10.3389/fcell.2023.1140717