Cartilage Regeneration via EV-associated SulfoTransferase (CREST) - Biofunktionalisierung von Biomaterialien zur Knorpelregeneration mit Sulfotransferase-tragenden extrazellulären Vesikeln von Knorpelzellen

Osteoarthritis (OA) ist eine degenerative Gelenkerkrankung, die durch Knorpelabbau, Entzündung und intraartikuläre Knochenosteophytenbildung vor allem in Gelenken mit außergewöhnlicher Abnutzung wie Knien, Hüften, Fingern und Zehen gekennzeichnet ist. Um Knorpel zu regenerieren, wurden Ansätze wie autologe Chondrozytenimplantation (ACI) entwickelt, bei denen die Chondrozyten des Patienten entnommen, extrakorporal expandiert und reimplantiert werden. Eine Weiterentwicklung ist die Matrix-untersützte ACI (MACI), bei der implantierte Zellen mit einer Biomaterial-Membran aus Kollagen oder Hyaluron im Defekt gehalten werden und dadurch eine Knorpelneubildung unterstützt werden soll. Das resultierende Knorpelgewebe hat jedoch häufig einen hohen Kollagengehalt und ähnelt eher Faserknorpel oder Narbengewebe als funktionellem Knorpel. Chondrozyten sezernieren ECM, die zu 20~35 % aus fester Matrix und zu 65~80 % aus Wasser besteht, um die Knorpelfunktion zu erhalten und die Geweberegeneration zu unterstützen. Die festen Matrizen der ECM bestehen aus Kollagen Typ 2 und Proteoglycanen, die stark mit Glykosaminoglykanketten (GAG) modifiziert sind. Es gibt vier Hauptklassen von GAGs im Knorpel, darunter Hyaluronan (HA), Keratansulfat (KS), Dematansulfat (DS) und Chondroitinsulfat (CS). CS macht mehr als 80 % der GAGs im Gelenkknorpel aus und verleiht gelartige Eigenschaften wie Schmierung, Wasserrückhalt und Widerstandsfähigkeit. Spezifische Sulfotransferasen (CHST) katalysieren die Übertragung von Sulfatgruppen, wodurch sulfatierte GAGs (sGAGs) entstehen, die essenziell für die Funktion von Knorpel-ECM sind. CHSTs sind membrangebundene Enzyme und könnten auf extrazellulären Vesikeln von Knorpelzellen vorkommen. Durch die Verteilung von CHST-EVs in einer ECM-Matrix könnte somit sGAG-Synthese gefördert werden. Die Biofunktionalisierung von Membranen mit diesen EVs könnte somit Knorpelregeneration verbessern, indem neben Kollagen Typ II auch sGAGs in neuem Knorpelgewebe und dadurch funktionelles Knorpelgewebe entstehen kann.

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