Filters

Osteogene differentiatie van stromal vascular fraction en adipose derived mesenchymal stem cells

De Nijmeegse tandheelkundestudenten Lotte Woud en Jurriaan Vossen deden voor hun bachelorscriptie onderzoek naar Osteogene differentiatie van stromal vascular fraction en adipose derived mesenchymal stem cells. Dit was één van de vijf genomineerde scripties die meedong naar de NT-GSK Bachelorscriptie Award 2020.

Tekst: Jurriaan Vossen en Lotte Woud

 

Botdefecten in het aangezicht vormen een lastige uitdaging waarmee vooral mka-chirurgen in aanraking komen. Op dit moment wordt er in de medische wereld veelvuldig gebruik gemaakt van tissue engineering om deze defecten te behandelen. Doel is de aangetaste structuren te herstellen terwijl de originele vorm en functie zoveel mogelijk behouden blijven, met een zo goed mogelijk esthetisch resultaat. De stamcellen die hierbij worden gebruikt, kunnen worden verkregen uit verschillende weefseltypen in het lichaam. Het gebruik van vetweefsel is hierbij een aantrekkelijke optie vanwege de minder invasieve operatie en de hoge opbrengst van cellen in vergelijking met de conventionele methode waarbij stamcellen geïsoleerd worden uit beenmerg.

De stamcellen die nodig zijn voor de medische behandeling worden geïsoleerd uit een heterogene mix van verschillende celtypen die worden gewonnen door de enzymatische digestie van vetweefsel. Deze heterogene mix van cellen wordt de stromal vascular fraction (SVF) genoemd, de stamcellen die hieruit geïsoleerd zijn heten adipose derived mesenchymal stem cells (ADMSCs). Deze geïsoleerde stamcellen worden op dit moment toegepast in medische behandelingen. Het gebruik van deze ADMSCs bij het behandelen van aangetast botweefsel kent echter meerdere nadelen.

Het doel van ons onderzoek was om te achterhalen of het vermogen tot botvorming op basis van osteogene differentiatie vergelijkbaar was tussen SVF en de ADMSCs, om zo een beter inzicht te verkrijgen in de rol die SVF in de toekomst van bone tissue engineering zou kunnen gaan spelen. Hierbij zouden ADMSCs mogelijk vervangen kunnen worden door SVF bij botregeneratieve behandelingen.

Materiaal en methode

Subcutaan vetweefsel van een gezonde donor is beschikbaar gesteld door de afdeling Plastische Chirurgie binnen het Radboudumc. Hieruit zijn de twee celpopulaties geïsoleerd: SVF & ADMSCs. Met behulp van het aanhechtingspercentage voor beide celpopulaties, is de celzaaidichtheid genormaliseerd. SVF & ADMSCs zijn vervolgens in vitro in kweek gebracht in zowel een medium dat osteogene differentiatie stimuleert als een controle medium. Deze celkweek is uitgevoerd in schaaltjes waarin de cellen tweedimensionaal op de bodem groeiden, waarbij het medium twee keer per week ververst is. De cellen zijn 28 dagen lang gekweekt, waarbij er metingen zijn uitgevoerd op dag 7, 14, 21 en 28. Op deze vier tijdspunten werd voor beide celpopulaties de mate van proliferatie (op basis van aanwezig DNA), differentiatie (op basis van de alkaline fosfatase activiteit), en mineralisatie (op basis van aanwezig calcium) bepaald. De opgetreden mineralisatie is aan de hand van een Alizerine roodkleuring visueel gemaakt. De verkregen kwantitatieve waarden zijn statistisch geanalyseerd met behulp van een paired samples t-test, uitgevoerd in GraphPad Prism 5.03. De data van donor matched SVF & ADMSCs werd binnen deze analyse met elkaar vergeleken, waarbij een significantieniveau van p < 0.05 werd gehanteerd.

Resultaten

Onze data laten zien dat het percentage aangehechte cellen binnen de ADMSC-groep groter is, dan dat dit percentage is voor SVF. Binnen deze kweek laten zowel SVF als ADMSCs een vergelijkbare toename van proliferatie zien, wat inhoudt dat het DNA van beide groepen ongeveer evenveel is vermeerderd. De differentiatie van beide celpopulaties is gebaseerd op de alkalinefosfatase-activiteit die de aanwezigheid van osteoblasten indiceert. Hierbinnen is geen significant verschil zichtbaar waaruit we conclusies zouden kunnen trekken over de bruikbaarheid van SVF dan wel ADMSCs. Maar wanneer we kijken naar de mineralisatie, die direct gelinkt is aan het proces van osteogene differentiatie, zien we wel een significant verschil (figuur 1*). De mineralisatiegraad van SVF is hoger dan die van ADMSCs, wat zichtbaar maakt dat SVF duidelijk een groter osteogeen differentiërend vermogen heeft.


Figuur 1* Mineralisatie ADMSC en SVF

Discussie

Uit ons onderzoek is gebleken dat SVF een groter vermogen heeft om osteogene differentiatie te ondergaan dan ADMSCs. Onduidelijk blijft echter waardoor het significante verschil dat waarneembaar was veroorzaakt werd. Een verklaring voor dit verschil zou kunnen zijn dat de heterogene samenstelling van SVF, in tegenstelling tot de homogene samenstelling van ADMSCs, meerdere celtypen bevat die een stimulerende werking uitoefende op de stamcellen. Om deze theorie te bevestigen zou er meer onderzoek gedaan moeten worden naar dit verschijnsel. Daarnaast hebben eerdere studies met betrekking tot stamceltherapie bij dieren aangetoond dat de cellen die bij deze experimenten worden gebruikt, vaak al snel na het inbrengen op de plaats van het defect in het bot niet meer aanwezig zijn. Ondanks het feit dat de recent aangebrachte stamcellen het aangetaste weefsel blijkbaar snel verlaten, lijken deze cellen het proces van botvorming te blijven stimuleren in het aangetaste weefsel. Het begrijpen van de bovengenoemde processen is belangrijk om de voordelen van SVF volledig te kunnen benutten.

Klinische relevantie

Deze studie heeft het osteogenedifferentiatie-potentieel van SVF geëvalueerd, dat intra-operatief kan worden toegepast in vergelijking met ADMSCs die worden gebruikt in standaard celtherapieën na een meerdere weken durende in vitro cel expansie. Deze nieuwe procedure zou ons in staat kunnen stellen om meerdere nadelen te omzeilen binnen de op celdifferentiatie gebaseerde botregeneratieve behandelmethoden, zoals tijdrovende in vitro procedures, onnodig hoge kosten en beperkte patiëntvriendelijkheid. Deze ontstaan doordat de patiënt bij het gebruik van ADMSCs twee operaties dient te ondergaan over een periode van meerdere weken. In tegenstelling tot SVF waarbij het mogelijk zou kunnen zijn om de operatie voor celisolatie en botregeneratie op dezelfde dag te ondergaan. Uit onze waarden blijkt dat SVF dus een groter potentieel heeft voor osteogene differentiatie, maar aanvullend onderzoek zou zich moeten richten op het mechanisme dat verantwoordelijk is voor dit effect en het op de donor afgestemde botregeneratieve vermogen van SVF en ADMSC-constructen.

Conclusie

SVF geeft een significant hoger en sneller mineralisatieproces weer in vergelijking tot ADMSCs. Dit maakt het aannemelijk dat SVF dus over een groter potentieel voor osteogene differentiatie beschikt en beschouwd zou kunnen worden als geschikt alternatief voor het gebruik van ADMSCs bij botregeneratieve behandelmethoden. SVF geeft in vitro veelbelovende resultaten, echter is nader onderzoek essentieel voor klinische realisatie.

Lees alle genomineerde scripties 2020

Total votes: 63