CH703968B1 - Method for diagnosing cartilage cell defects and method for producing a cartilage transplant. - Google Patents
Method for diagnosing cartilage cell defects and method for producing a cartilage transplant. Download PDFInfo
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Abstract
Beschrieben werden ein In-vitro-Diagnoseverfahren und ein Verfahren zur Züchtung von Knorpeltransplantat. Beiden Verfahren gemeinsam ist, dass (a) eine Probe von Knorpelmasse aufgelöst wird, um isolierte Knorpelzellen zu gewinnen, und dass (b) die in Schritt (a) gewonnenen isolierten Knorpelzellen vereinzelt und anschliessend während eines bestimmten Zeitraums proliferiert werden, derart, dass die Proliferation der einzelnen Zellen durch Bildung von Zellpopulationen erkennbar wird. Zur Diagnose wird dann die Proliferationsfähigkeit der Zellen anhand der Grösse der Zellpopulationen bestimmt, während bei der Knorpelzüchtung die Zellen mit der besten Proliferationsfähigkeit selektioniert und auf ein dreidimensionales resorbierbares Gerüst aufgebracht werden, auf dem die Zellen dann so lange gezüchtet werden, bis das Transplantat die gewünschte Grösse und Zelldichte aufweist.Disclosed are an in vitro diagnostic method and a method for growing cartilage graft. Common to both methods is that (a) a sample of cartilage is dissolved to recover isolated cartilage cells and (b) the isolated cartilage cells obtained in step (a) are separated and then proliferated for a period of time such that the Proliferation of individual cells by formation of cell populations is recognizable. For diagnosis, the proliferative capacity of the cells is then determined by the size of the cell populations, while in cartilage growth, the cells with the best proliferative capacity are selected and applied to a three-dimensional resorbable scaffold on which the cells are then grown until the graft becomes the desired one Has size and cell density.
Description
Gebiet der ErfindungField of invention
[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Knorpeltransplantationschirurgie einschliesslich damit einhergehender Diagnostik. The present invention relates to the field of cartilage transplant surgery, including associated diagnostics.
Stand der TechnikState of the art
[0002] Gemäss heute gängigen Verfahren wird dem Patienten mittels Biopsie gesundes Knorpelgewebe entnommen. Daraus werden Knorpelzellen isoliert und auf ein dreidimensionales Gerüst aus resorbierbarem Material aufgebracht und darauf in vitro vermehrt, bis ein Transplantat gewünschter Grösse aufgebaut ist. Nach Erreichen der gewünschten Grösse bzw. Zelldichte wird das Knorpeltransplantat an der schadhaften Stelle implantiert. According to the methods common today, healthy cartilage tissue is removed from the patient by means of a biopsy. Cartilage cells are isolated from this and placed on a three-dimensional scaffold made of absorbable material and then multiplied in vitro until a transplant of the desired size is built up. After reaching the desired size or cell density, the cartilage transplant is implanted in the damaged area.
[0003] Bei diesem Vorgehen hat sich die Lebensdauer des Transplantates als kritisch herausgestellt. Bei einer beträchtlichen Anzahl Patienten beträgt die Lebensdauer nur ca. 1 Jahr. With this approach, the life of the transplant has been found to be critical. In a considerable number of patients, the lifespan is only about 1 year.
[0004] Ziel der vorliegenden Erfindung war es deshalb, die Lebensdauer und/oder die Qualität von Knorpeltransplantaten zu erhöhen. [0004] The aim of the present invention was therefore to increase the service life and / or the quality of cartilage transplants.
[0005] Dieses Ziel wurde durch zwei Massnahmen erreicht, einerseits durch verbesserte Diagnose, andererseits durch ein verbessertes Transplantat. This goal was achieved by two measures, on the one hand by improved diagnosis and on the other hand by an improved transplant.
Darstellung der ErfindungPresentation of the invention
[0006] Der Gegenstand der Erfindung ist deshalb ein In-vitro-Verfahren zur Beurteilung der Qualität einer Knorpelprobe bzw. von Knorpelmasse. The object of the invention is therefore an in vitro method for assessing the quality of a cartilage sample or of cartilage mass.
[0007] Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Knorpeltransplantates. Another object of the invention is a method for producing a cartilage transplant.
[0008] Das Ziel der vorliegenden Erfindung wurde erreicht durch Bereitstellen eines In-vitro-Verfahrens zur Beurteilung der Qualität von Knorpelmasse, das sich dadurch auszeichnet, dass in vitro (a) eine Probe von Knorpelmasse aufgelöst wird, um isolierte Knorpelzellen zu gewinnen, (b) die in Schritt (a) gewonnenen isolierten Knorpelzellen vereinzelt und anschliessend während eines bestimmten Zeitraums proliferiert werden, derart, dass die Proliferation der einzelnen Zellen durch Bildung von Zellpopulationen erkennbar wird, (c) die Proliferationsfähigkeit der Zellen anhand der Grösse der Zellpopulationen bestimmt wird. The object of the present invention was achieved by providing an in vitro method for assessing the quality of cartilage mass, which is characterized in that in vitro (a) a sample of cartilage mass is dissolved in order to obtain isolated cartilage cells, (b) the isolated cartilage cells obtained in step (a) are isolated and then proliferated for a certain period of time in such a way that the proliferation of the individual cells can be recognized by the formation of cell populations, (c) the ability of the cells to proliferate is determined based on the size of the cell populations.
[0009] Schritt a) wird im Wesentlichen analog zu heute gängigen Verfahren zur Gewinnung von Knorpelzellen durchgeführt, insbesondere unter Aufschluss der Knorpelmasse, z.B. einer Biopsie, mittels Hyaluronidase. Step a) is carried out essentially analogously to today's methods for obtaining cartilage cells, in particular with digestion of the cartilage mass, e.g. a biopsy, using hyaluronidase.
[0010] Die in Schritt a) gewonnenen Zellen werden dann vereinzelt und während einer vorbestimmten Zeit, z.B. während 4 Tagen, unter Bedingungen, die Proliferation erlauben, kultiviert. Um möglichst naturnahe Verhältnisse zu schaffen, sollte das Kulturmedium nicht speziell mit Hormonen und/oder Proteinen/Peptiden angereichert sein. Vorteilhaft ist vielmehr ein Minimalmedium wie Dulbecco’s Modified Eagle’s Medium. Dieses enthält – anorganische Salze als Quelle für Ca, Fe, Mg, SO4<2><–>, PO4<3><–>sowie NaCl, KCl für Isotonie; – Aminosäuren; – Vitamine; – andere Komponenten, nämlich die Energiequellen D-Glucose, und Natriumpyruvat sowie gegebenenfalls Phenolrot zur Feststellung von kritischen Veränderungen im pH-Wert. The cells obtained in step a) are then singulated and kept for a predetermined time, e.g. cultured for 4 days under conditions that allow proliferation. In order to create conditions that are as close to nature as possible, the culture medium should not be specially enriched with hormones and / or proteins / peptides. Rather, a minimal medium such as Dulbecco’s Modified Eagle’s Medium is advantageous. This contains - inorganic salts as a source for Ca, Fe, Mg, SO4 <2> <–>, PO4 <3> <–> as well as NaCl, KCl for isotonicity; - Amino acids; - vitamins; - Other components, namely the energy sources D-glucose, and sodium pyruvate and possibly phenol red for determining critical changes in the pH value.
[0011] Nicht enthalten in diesem Medium sind Hormone und Proteine/Peptide, da die Knorpelqualität unter möglichst naturnahen Bedingungen ermittelt werden soll. Wie bereits oben erwähnt, werden solche vorzugsweise auch nicht zugegeben und wenn, so ist sicherzustellen, dass sie immer in gleichen Konzentrationen und in gleichbleibender Reinheit/Aktivität eingesetzt werden, da die Beurteilung der Proliferationsfähigkeit anhand von Erkenntnissen erfolgt, die mit Knorpelmaterial bekannter Qualität gewonnen wurden, weshalb die Tests möglichst standardisiert sein müssen. In speziellen Fällen kann ein Antikörper gegen TNF-alpha zugegeben werden, da es sich herausgestellt hat, dass eine schlechte Knorpelproliferation bei vielen (bis zu 70%) der Patienten mit einer hohen TNF-alpha-Konzentration einhergeht. Hormones and proteins / peptides are not contained in this medium, since the cartilage quality is to be determined under conditions that are as natural as possible. As already mentioned above, such are preferably not added and if so, it must be ensured that they are always used in the same concentrations and with constant purity / activity, since the ability to proliferate is assessed on the basis of findings obtained with cartilage material of known quality which is why the tests need to be standardized as much as possible. In special cases, an antibody against TNF-alpha can be added, since it has been found that poor cartilage proliferation is associated with high TNF-alpha concentrations in many (up to 70%) of the patients.
[0012] Parallel dazu (oder in speziellen Fällen alleine) kann die Prolifertion in Kulturmedium getestet werden, das autologes Blutserum enthält, d.h. Blutserum des Patienten, von dem das Knorpelmaterial stammt. Da das autologe Blutserum wachstumsinhibierende Faktoren enthalten kann, gibt Proliferation in einem solches Serum enthaltenden Medium Informationen zur zu erwartenden Proliferationsfähigkeit im Körper, nicht aber notwendigerweise Informationen zur Qualität des Knorpelmaterials als solchem. Ergibt der Parallelversuch wesentlich schlechtere Proliferation, so ist es angezeigt, das Blut auf wachstumsinhibierende Faktoren zu untersuchen und solche gezielt zu inhibieren. In parallel (or in special cases alone) the prolifertion can be tested in culture medium containing autologous blood serum, i. Blood serum of the patient from which the cartilage material originated. Since the autologous blood serum can contain growth-inhibiting factors, proliferation in a medium containing such serum gives information on the expected ability to proliferate in the body, but not necessarily information on the quality of the cartilage material as such. If the parallel experiment results in significantly poorer proliferation, it is advisable to examine the blood for growth-inhibiting factors and to specifically inhibit them.
[0013] Bei der erfindungsgemässen Qualitätsprüfung werden die Zellen beispielsweise stark verdünnt in eine Petrischale gegeben und auf Agar-Agar/Dulbecco’s Modified Eagle’s Medium bei 37 °C gezüchtet. In the quality check according to the invention, the cells are, for example, greatly diluted, placed in a Petri dish and grown on agar agar / Dulbecco’s Modified Eagle’s medium at 37 ° C.
[0014] Die Anzahl Zellteilungen der einzelnen Zellen bzw. der proliferationsfähigsten x% der Zellen (beispielsweise der besten 5% der Zellen) nach einer vorbestimmten Zeit werden bestimmt und der Mittelwert berechnet. The number of cell divisions of the individual cells or the most proliferative x% of the cells (for example the best 5% of the cells) after a predetermined time are determined and the mean value is calculated.
[0015] Für einen Zeitraum von 4 Wochen haben sich in nicht angereichertem Minimalmedium bisher bis zu drei Zellteilungen als schlecht, ca. 5 Teilungen als gut und 10 Teilungen als sehr gut herausgestellt. Bei guter oder sogar sehr guter Proliferationsfähigkeit ist mit guter Lebensdauer eines Knorpelimplantates zu rechnen, bei 3 Teilungen und weniger ist der Erfolg grundsätzlich in Frage gestellt. Die oben angegebene Teilungsfähigkeit wurde in einem Verfahren ermittelt, in dem das Kulturmedium während der Verfahrensdauer von 4 Wochen unverändert beibehalten, d.h. weder supplementiert noch erneuert, wurde. Bei Supplementierung oder Erneuerung des Kulturmediums können sich diese Werte bzw. der Zeitraum etwas ändern. For a period of 4 weeks, up to three cell divisions have so far been found to be bad, about 5 divisions as good and 10 divisions as very good in non-enriched minimal medium. If the ability to proliferate is good or even very good, a cartilage implant can be expected to have a good service life; if it is divided into 3 or less, success is fundamentally in doubt. The above-mentioned ability to divide was determined in a process in which the culture medium remained unchanged during the process duration of 4 weeks, i.e. was neither supplemented nor renewed. If the culture medium is supplemented or renewed, these values or the period may change somewhat.
[0016] Das Verfahrensergebnis, insbesondere die unter Verfahrensbedingung am besten proliferierenden Zellen, können selektioniert und auf ein dreidimensionales Gerüst aus resorbierbarem Material aufgebracht und darauf gezüchtet werden. Als Zuchtmedium dient wiederum ein Minimalmedium wie Dulbecco’s Modified Eagle’s Medium. Für die Temperatur und die relative Feuchtigkeit (r.h.) können Standardwerte gewählt werden. Die Temperatur liegt üblicherweise bei ca. 37 °C. The process result, in particular the cells that proliferate best under the process conditions, can be selected and applied to a three-dimensional framework made of resorbable material and grown thereon. A minimal medium such as Dulbecco’s Modified Eagle’s Medium is used as the breeding medium. Standard values can be selected for the temperature and the relative humidity (r.h.). The temperature is usually around 37 ° C.
[0017] Für die Knorpelzüchtung kann ebenfalls autologes Blutserum zugegeben werden, beispielsweise, wenn dieses im Parallelversuch zu einer erhöhten Proliferationsfähigkeit geführt hat oder wenn gezielt Inhibitoren gegen das Zellwachstum beeinträchtigende Stoffe, wie TNF-alpha, zugegeben werden. For cartilage cultivation, autologous blood serum can also be added, for example if this has led to an increased ability to proliferate in a parallel experiment or if specifically inhibitors against substances impairing cell growth, such as TNF-alpha, are added.
[0018] Das Kulturmedium wird vorzugsweise alle paar Tage ausgewechselt. Die Auswechslung erfolgt beispielsweise alle 2 bis 8 Tage, üblicherweise alle 3 bis 6 Tage, insbesondere alle 4 bis 5 Tage. Die übliche Proliferationsdauer bis zum fertigen Transplantat beträgt 3 bis 8 Wochen, üblicherweise mindestens 4 Wochen, insbesondere 4 bis 6 Wochen. The culture medium is preferably changed every few days. The replacement takes place, for example, every 2 to 8 days, usually every 3 to 6 days, in particular every 4 to 5 days. The usual proliferation time to the finished transplant is 3 to 8 weeks, usually at least 4 weeks, in particular 4 to 6 weeks.
[0019] Da die Proliferationsfähigkeit der Zellen genetisch bedingt ist, kann bei Knorpelzellen mit sehr tiefer Proliferationsfähigkeit mittels Gentherapie z.B. durch partielle Rückführung in Richtung Embryonalzustand vor der Herstellung des Knorpeltransplantates eine Steigerung der Proliferationsfähigkeit erzielt werden. Eine solche Rückführung kann beispielsweise erzielt werden durch Beschiessen mit Antisense-RNA, die beispielsweise gegen (i) drei spezielle Loci auf den Chromosomen 1 und 6 gerichtet ist und/oder (ii) gegen Telomere. Von derart «verjüngten» Zellen werden dann analog dem oben beschriebenen Verfahren die am besten proliferierenden Zellen für die Herstellung des Transplantates selektioniert und wie oben beschrieben eingesetzt. Since the ability of cells to proliferate is genetically determined, in the case of cartilage cells with a very deep ability to proliferate, e.g. through partial return towards the embryonic state before the production of the cartilage transplant an increase in the ability to proliferate can be achieved. Such a return can be achieved, for example, by bombarding with antisense RNA, which is directed against (i) three special loci on chromosomes 1 and 6 and / or (ii) against telomeres. From such “rejuvenated” cells, analogously to the method described above, the cells that proliferate best are selected for the production of the transplant and used as described above.
[0020] Wie bereits oben kurz erwähnt, hat es sich ferner herausgestellt, dass neben der Bestimmung der Proliferationsfähigkeit auch die Bestimmung des Gehalts an Oberflächenzytokinen, insbesondere TNF-alpha, ein wichtiger Indikator für den Zustand des Knorpels und damit auch für das Gelingen der Transplantation ist. As mentioned briefly above, it has also been found that, in addition to determining the ability to proliferate, determining the content of surface cytokines, in particular TNF-alpha, is an important indicator of the condition of the cartilage and thus also of the success of the transplant is.
[0021] Zur Erhöhung des TNF-alpha-Gehalts können verschiedene Faktoren führen, beispielsweise eine genetische Prädisposition, die sich auch in Form bestimmter Krankheiten, wie beispielsweise Psoriasis, äussern kann, oder ein oft viele Jahre zurückliegender Zeckenbiss. Eine entsprechende Prädisposition kann durch Nachweis eines speziellen Polymorphismus auf Chromosom 6, der insbesondere in Verbindung mit erhöhtem TNF-alpha-Gehalt und Psoriasis gefunden wird, und/oder durch Nachweis von Zeckengenen im Körper des Patienten, z.B. durch In-vitro-Untersuchung einer Blutprobe, z.B. mittels PCR unter Verwendung geeigneter, möglichst selektiver Primer, festgestellt werden. Various factors can lead to an increase in the TNF-alpha content, for example a genetic predisposition, which can also manifest itself in the form of certain diseases, such as psoriasis, or a tick bite often many years ago. A corresponding predisposition can be determined by detecting a special polymorphism on chromosome 6, which is found in particular in connection with increased TNF-alpha content and psoriasis, and / or by detecting tick genes in the patient's body, e.g. by in vitro examination of a blood sample, e.g. by means of PCR using suitable primers that are as selective as possible.
[0022] Informationen dazu finden sich z.B. in Kerstin Bade, Identifikation Psoriasis-assoziierter Polymorphismen im MHC (2004), Dissertation zur Erlangung des Doktorgrades der Mathematisch-Naturwissenschaftlichen Fakultät der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel und darin zitierter Literatur. Information on this can be found e.g. in Kerstin Bade, Identification of Psoriasis-Associated Polymorphisms in the MHC (2004), dissertation to obtain a doctorate from the Faculty of Mathematics and Natural Sciences at the Christian-Albrechts-Universität zu Kiel and the literature cited therein.
[0023] TNF-alpha (Tumornekrosefaktor) ist ein multifunktionales proinflammatorisches Cytokin, das an der schnellen Abwehr von Infektionen beteiligt ist. In erkrankter Haut von an Psoriasis vulgaris erkrankten Personen wurde festgestellt, dass eine Überexpression von TNF-alpha erfolgt und dieser Promoter-Polymorphismus auf Chromosom 6, Position –238, mit Typ I-Psoriasis und psoriatischer Arthritis assoziiert. (Bade, K. [2004], insbesondere Seite 112 und darin zitierte Literatur). TNF-alpha (tumor necrosis factor) is a multifunctional proinflammatory cytokine that is involved in the rapid defense against infections. In diseased skin of people suffering from psoriasis vulgaris, it was found that TNF-alpha is overexpressed and that this promoter polymorphism on chromosome 6, position -238, is associated with type I psoriasis and psoriatic arthritis. (Bade, K. [2004], in particular page 112 and the literature cited therein).
[0024] Bei hohem oder sehr hohem Gehalt an TNF-alpha ist die Wahrscheinlichkeit für eine rheumatologische Erkrankung wie Arthrose/Arthritis hoch und die Wahrscheinlichkeit für einen guten Langzeiterfolg einer Knorpeltransplantation gering. Die Wahrscheinlichkeit für einen Langzeiterfolg kann erhöht werden, wenn TNF-alpha blockiert wird, z.B. durch TNF-alpha-Inhibitoren wie Antikörper oder Antisense-RNA. Solche TNF-alpha-Inhibitoren können prophylaktisch und/oder vor der Transplantation und/oder mit dem Transplantat und/oder nachfolgend auf die Transplantation verabreicht werden. Eine gute Verabreichungsart ist mittels eines Depots im Transplantat selbst. Ein solches kann in Form von wirkstoffhaltigen Mikroglobuli mit rascher und/oder verzögerter Freisetzung ins Transplantat, z.B. in die resorbierbare Matrix, eingearbeitet werden, so dass die Freisetzung durch Auflösungs-, Diffusions- und Resorptionsvorgänge gesteuert wird. Alternativ können sowohl Antikörper wie auch Antisense-RNA mittels Spritze ins geschädigte Gelenk oder in dessen unmittelbare Nähe appliziert werden. Als weitere Variante können Zellen, die für die Knorpelbildung herangezogen werden sollen, in vitro genetisch modifiziert werden, so dass zumindest ein Teil derselben fähig ist, selbst einen Antikörper oder Antisense-RNA gegen TNF-alpha herzustellen. With a high or very high content of TNF-alpha, the probability of a rheumatological disease such as osteoarthritis / arthritis is high and the probability of a good long-term success of a cartilage transplant is low. The likelihood of long-term success can be increased if TNF-alpha is blocked, e.g. by TNF-alpha inhibitors such as antibodies or antisense RNA. Such TNF-alpha inhibitors can be administered prophylactically and / or before the transplant and / or with the transplant and / or subsequent to the transplant. A good type of administration is by means of a depot in the transplant itself. Such a depot can be in the form of active substance-containing microglobules with rapid and / or delayed release into the transplant, e.g. into the resorbable matrix, so that the release is controlled by dissolution, diffusion and resorption processes. Alternatively, both antibodies and antisense RNA can be injected into the damaged joint or in its immediate vicinity. As a further variant, cells that are to be used for cartilage formation can be genetically modified in vitro so that at least some of them are capable of producing an antibody or antisense RNA against TNF-alpha themselves.
Beschreibung von Ausführungsformen der ErfindungDescription of embodiments of the invention
[0025] Sowohl zur Beurteilung der Qualität von Knorpelmasse als auch für die Herstellung des Transplantates wird in vitro eine Probe von Knorpelmasse aufgelöst, um isolierte Knorpelzellen zu gewinnen. Dies geschieht nach bekannten Verfahren, z.B. mittels Hyaluronidase. Both for assessing the quality of cartilage mass and for producing the transplant, a sample of cartilage mass is dissolved in vitro in order to obtain isolated cartilage cells. This is done according to known methods, e.g. using hyaluronidase.
[0026] Die im obigen Schritt gewonnenen isolierten Knorpelzellen werden so vereinzelt, dass um jede Zelle genügend Raum bleibt, damit die Zellhaufen auch bei ca. zehnmaliger Proliferation klar unterscheidbar bleiben. Anschliessend werden die Zellen unter Proliferationsbedingungen während eines bestimmten Zeitraums proliferiert. Die gebildeten Zellpopulationen werden dann beurteilt und im Falle der Diagnose mit unter identischen Bedingungen gewonnenen Vergleichsdaten verglichen, für die Züchtung eines Transplantates selektioniert. The isolated cartilage cells obtained in the above step are so isolated that there is enough space around each cell so that the cell clusters remain clearly distinguishable even after about ten proliferation. The cells are then proliferated under proliferation conditions for a certain period of time. The cell populations formed are then assessed and, in the case of the diagnosis, compared with comparison data obtained under identical conditions and selected for the cultivation of a transplant.
[0027] Die Proliferation der vereinzelten Zellen für die Qualitätsbeurteilung erfolgt vorzugsweise in zweidimensionalen Zellkulturen, damit die durch die einzelnen Zellen gebildeten Populationen gut erkennbar bzw. auszählbar sind. Übliche zweidimensionale Zellkulturen werden in Petrischalen auf Agar-Agar gezüchtet. Speziell an diesem Diagnoseverfahren ist, dass das für die Proliferation erforderliche Kulturmedium vorzugsweise ein Minimalmedium ist, das vorzugsweise nur die für die Proliferation notwendigen Bestandteile aufweist wie die wesentlichsten Spurenelemente, Vitamine, Aminosäuren und Energiespender, also beispielsweise ein Medium, das – anorganische Salze als Quelle für Ca, Fe, Mg, SO4<2><–>, PO4<3><–>sowie NaCl und KCl; – Aminosäuren; – Vitamine; – D-Glucose, und Natriumpyruvat sowie gegebenenfalls Phenolrot enthält oder aus diesen Stoffen und Wasser besteht. The proliferation of the individual cells for the quality assessment is preferably carried out in two-dimensional cell cultures so that the populations formed by the individual cells can be easily identified or counted. Usual two-dimensional cell cultures are grown in Petri dishes on agar-agar. What is special about this diagnostic method is that the culture medium required for proliferation is preferably a minimal medium that preferably only has the components necessary for proliferation, such as the most essential trace elements, vitamins, amino acids and energy donors, for example a medium that - inorganic salts as a source for Ca, Fe, Mg, SO4 <2> <–>, PO4 <3> <–> as well as NaCl and KCl; - Amino acids; - vitamins; - D-glucose, and sodium pyruvate and optionally phenol red contains or consists of these substances and water.
[0028] Ein gut geeignetes Medium ist beispielsweise ein Medium, das für die Züchtung von Lymphozyten geeignet ist. Ein solches ist beispielsweise das Dulbecco’s Modified Eagle’s Medium, das neben Wasser die in Tabelle 1 aufgeführten Stoffe enthält und insbesondere nur diese Stoffe enthält. A well-suited medium is, for example, a medium which is suitable for the cultivation of lymphocytes. One such medium is, for example, Dulbecco’s Modified Eagle’s Medium, which, in addition to water, contains the substances listed in Table 1 and in particular only contains these substances.
[0029] In einer speziell bevorzugten Ausführungsform sollte das Minimalmedium frei sein von Hormonen und/oder Proteinen/Peptiden. Insbesondere sollte es keinerlei Wachstumsfaktoren enthalten oder falls doch, in genau reproduzierbaren Mengen, Reinheit und Aktivität. In a particularly preferred embodiment, the minimal medium should be free from hormones and / or proteins / peptides. In particular, it should not contain any growth factors or, if so, in precisely reproducible amounts, purity and activity.
Tabelle 1:Table 1:
[0030] [0030]
* die Magnesiumkonzentration kann auf Knorpelzellen angepasst werden, währenddem die anderen Mengen üblicherweise im angegebenen Rahmen bleiben. * The magnesium concentration can be adapted to cartilage cells, while the other amounts usually remain within the specified range.
[0031] Die Temperatur wird sowohl für die Proliferation als auch für die Transplantatzüchtung um ca. 37 °C gehalten, insbesondere bei 37 ± 0.5 °C. The temperature is kept around 37 ° C for both the proliferation and the transplant cultivation, in particular at 37 ± 0.5 ° C.
[0032] Wird für die Proliferation bzw. die Transplantatzüchtung ein hormon- und protein-/peptidfreies Medium verwendet, so hat sich für die Beurteilung der Proliferationsfähigkeit ein Zeitraum von mindestens 3 Wochen, vorzugsweise von ca. 4 Wochen als günstig herausgestellt, für die Züchtung ein Zeitraum von 3 bis 8 Wochen, insbesondere von 4 bis 6 Wochen. If a hormone- and protein- / peptide-free medium is used for proliferation or transplant cultivation, a period of at least 3 weeks, preferably approx. 4 weeks, has proven to be favorable for the cultivation to assess the ability to proliferate a period of 3 to 8 weeks, especially from 4 to 6 weeks.
[0033] Für die Bestimmung der Proliferationsfähigkeit können alle Zellpopulationen einer Probe oder auch nur ein Teil der Zellpopulationen herangezogen werden. Wesentlich ist, dass die am besten proliferierenden Zellen berücksichtigt werden und dass die Untersuchung der Referenzproben identisch erfolgte. Beispielsweise können die besten 5% ausgewertet werden, erkennbar an den grössten Zellpopulationen oder auch die besten 10%. For the determination of the ability to proliferate, all cell populations of a sample or only some of the cell populations can be used. It is essential that the cells that proliferate best are taken into account and that the reference samples are examined identically. For example, the best 5% can be evaluated, recognizable from the largest cell populations or the best 10%.
[0034] Bei der Transplantatzüchtung werden vorzugsweise nur die Zellen mit der besten Proliferationsfähigkeit selektioniert und auf ein dreidimensionales, resorbierbares Gerüst aufgebracht. Diese Selektion kann je nach Proliferationsfähigkeit und Menge eine grössere oder eine kleinere Anzahl Zellen ergeben. Soll z.B. mit massig proliferierenden Zellen ein grosses Transplantat hergestellt werden, so werden vorzugsweise mehr Zellen auf das resorbierbare Gerüst aufgebracht, als wenn die Teilungsfähigkeit sehr hoch ist. Bei schlechter Proliferation kann auch eine Behandlung der Zellen mit Antisense-RNA zur Erhöhung der Proliferationsfähigkeit der Zellen vorgesehen werden. Bei dieser wird den Zellen in vitro Antisense-RNA zugegeben, beispielsweise werden diese mit Antisense-RNA beschossen. Diese Antisense-RNA kann beispielsweise gegen Telomere gerichtet sein. In the transplant cultivation, preferably only the cells with the best proliferation capacity are selected and applied to a three-dimensional, resorbable framework. This selection can result in a larger or a smaller number of cells depending on the proliferation capacity and quantity. Should e.g. If a large transplant is produced with massively proliferating cells, more cells are preferably applied to the resorbable framework than if the ability to divide is very high. If the proliferation is poor, the cells can also be treated with antisense RNA to increase the cells' ability to proliferate. In this case, antisense RNA is added to the cells in vitro, for example they are bombarded with antisense RNA. This antisense RNA can be directed against telomeres, for example.
[0035] Anschliessend erfolgt vorzugsweise eine Selektion der am besten proliferierenden Zellen. [0035] This is followed by a selection of the cells that proliferate best.
[0036] Die Behandlung mit Antisense-RNA kann an einer nicht selektionierten Knorpelzellprobe vorgenommen werden und Selektion anschliessend erfolgen, oder die Knorpelzellprobe kann hinsichtlich der optimal proliferierenden Zellen (vor)selektioniert und nur die am besten proliferierenden Zellen einer Behandlung mit Antisense-RNA unterzogen werden, gegebenenfalls gefolgt von einer zweiten Selektion nach erfolgter Behandlung. The treatment with antisense RNA can be carried out on an unselected cartilage cell sample and selection can then take place, or the cartilage cell sample can be (pre) selected with regard to the optimally proliferating cells and only the best proliferating cells are subjected to treatment with antisense RNA , optionally followed by a second selection after treatment.
[0037] Die selektionierten Zellen werden dann auf ein resorbierbares Gerüst aufgebracht und auf diesem resorbierbaren Gerüst so lange gezüchtet, bis das Transplantat die gewünschte Grösse und Zelldichte aufweist. Dies ist je nach Bedingungen meist nach 3 bis 8, insbesondere 4 bis 6 Wochen in Minimalmedium der Fall. Werden Hormone und/oder Proteine und/oder Peptide, insbesondere Wachstumsfaktoren, zugegeben, so kann das Knorpelwachstum beschleunigt werden, allerdings mit dem Risiko, dass schadhaftes Gewebe entsteht, das zur Bildung von Tumoren neigt. The selected cells are then applied to an absorbable framework and grown on this absorbable framework until the transplant has the desired size and cell density. Depending on the conditions, this is usually the case after 3 to 8, in particular 4 to 6 weeks in minimal medium. If hormones and / or proteins and / or peptides, in particular growth factors, are added, then cartilage growth can be accelerated, but with the risk that damaged tissue will develop that tends to form tumors.
[0038] Als resorbierbare Gerüstmaterialien geeignet sind beispielsweise filzartige Fasergewebe in der Grösse des zu behandelnden Defekts, beispielsweise Gerüstmaterialien aus Polylactonen (PLA), oder Gerüste, aufgebaut aus Alginatkügelchen. Suitable resorbable framework materials are, for example, felt-like fiber fabrics the size of the defect to be treated, for example framework materials made of polylactones (PLA), or frameworks made up of alginate beads.
[0039] Ein weiterer wesentlicher Faktor, der zum Gelingen der Transplantation und auch zur Beurteilung des Arthrose/Arthritis-Risikos dienen kann, ist die Bestimmung des Zytokin-Gehalts auf dem Knorpelgewebe, insbesondere des Gehalts and TNF-alpha. Dieser Gehalt kann auf eine Prädisposition hinweisen, beispielsweise bedingt durch eine Krankheit wie Psoriasis oder durch einen gegebenenfalls viele Jahre zurückliegenden Zeckenbiss. Another important factor that can be used for the success of the transplant and also for assessing the osteoarthritis / arthritis risk is the determination of the cytokine content on the cartilage tissue, in particular the TNF-alpha content. This level can indicate a predisposition, for example due to a disease such as psoriasis or a tick bite that may have occurred many years ago.
[0040] Überraschenderweise wurde nämlich gefunden, dass bei bis zu 70% der Patienten mit Knorpeldefekten die TNF-alpha-Werte zu hoch sind und dass bei dieser Patientengruppe der Anteil an unter Psoriasis leidenden Personen überdurchschnittlich hoch ist. Diesen Patienten können verschiedene Polymorphismen zugeordnet werden, z.B. einer auf Chromosom 6. Surprisingly, it was found that in up to 70% of patients with cartilage defects, the TNF-alpha values are too high and that in this group of patients the proportion of people suffering from psoriasis is above average. Various polymorphisms can be assigned to these patients, e.g. one on chromosome 6.
[0041] Im Rahmen der Ursachenermittlung wurde ferner vollkommen überraschend festgestellt, dass bei Patienten mit Knorpeldefekten und erhöhter Konzentration an TNF-alpha Zeckengene mit signifikant höherer Wahrscheinlichkeit nachgewiesen werden können als bei einer Referenzgruppe an Personen analoger Alters- und Geschlechtsstruktur. In the course of determining the cause, it was also found, completely surprising, that tick genes can be detected in patients with cartilage defects and an increased concentration of TNF-alpha than in a reference group of people of similar age and gender structure.
[0042] Grundsätzlich können alle Zeckengene verwendet werden, bevorzugte Gensequenzen sind aber jene mit einer hohen Selektivität, da dadurch der Untergrund vermindert und die Nachweisgrenze gesenkt werden kann. In principle, all tick genes can be used, but preferred gene sequences are those with a high selectivity, since this can reduce the background and lower the detection limit.
[0043] Die übliche Nachweisgrenze mittels PCR liegt etwa bei 10<–10>, neuere Forschungen legen aber nahe, dass bei Verwendung speziell selektiver Primer viel tiefere Nachweisgrenzen erreichbar sind. The usual detection limit by means of PCR is around 10 <-10>, but recent research suggests that much lower detection limits can be achieved when using specially selective primers.
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