Einleitung: Wiederholte und schwerwiegende Schädigungen der Skelettmuskulatur resultieren in einer unvollständigen Heilung, wobei die kontraktilen Einheiten durch Fett- und Narbengewebe ersetzt werden. Aktuelle Therapieansätze zielen auf die Selbstheilungskapazität verletzter Skelettmuskulatur ab. Insbesondere zellbasierte Therapien mit mesenchymalen Stromazellen (MSC) zeigten einen positiven funktionellen Einfluss in Form einer gesteigerten Muskelkraft. Welche Effekte auf histologischer Ebene durch MSC hervorgerufen werden, ist weitestgehend ungeklärt, da kaum standardisierte Verfahren für die Analyse zur Verfügung stehen. Mit dem Ziel, den Effekt der MSC anhand von zwei wichtigen histologischen Parametern — der totalen Muskelzelldichte sowie der Dichte der Zellen mit binnenständigen Kernen (Regeneratzell- dichte) — näher untersuchen zu können, wurde daher für die hier vorgelegte Arbeit ein halbautomatisches, computergestütztes Segmentationsverfahren (CSV) entwickelt. Methodik: Das zur Erfassung der beiden histologischen Parameter entwickelte CSV wurde zunächst an- hand von fünf histomorphologischen Kriterien mit der manuellen Erfassung verglichen. Im experimentellen Teil erfolgte bei 36 weiblichen Sprague-Dawley Ratten ein standardisiertes Quetschtrauma im linken Musculus soleus. Unmittelbar nach Traumatisierung des Muskels wurde der Interventionsgruppe (n = 18) ein Alginatgel mit 1 Mio. autologen MSC transplantiert, während der Kontrollgruppe (n = 18) nur das Alginatgel transplantiert wurde. Nach 7, 28 sowie 56 Tagen (jeweils n = 6) erfolgte die Entnahme der Mm. solei für die histologische Analyse. Zur Erfassung der totalen Muskelzell- und Regeneratzelldichte wurde das zuvor getestete CSV angewendet. Ergebnisse: Zwischen manuellem und computergestütztem Verfahren zeigte sich kein signifikanter Unterschied bei der Erfassung der histologischen Parameter. Mittels CSV konnte ein deutlicher Anstieg der totalen Muskelzelldichte im posttraumatischen Verlauf beobachtet werden. Sowohl in linken, verletzten als auch rechten, unverletzten Mm. solei der MSC-Gruppe wurde ein signifikanter Anstieg der totalen Muskelzelldichte nach 28 und 56 Tagen im Vergleich zur Kontrollgruppe festgestellt. In der Kontroll- und MSC- Gruppe zeigte sich bis zu acht Wochen nach dem Trauma eine deutliche Erhöhung der Regeneratzelldichte in verletzten gegenüber unverletzten Muskeln. Während der Regeneratzellanteil der Muskeln aus der Kontrollgruppe an Tag 56 wieder stark abgefallen war, zeigte sich in der MSC-Gruppe ein gradueller Anstieg des Regeneratzellanteils. Schlussfolgerungen: Das CSV stellt eine geeignete Methode zur Erfassung der totalen Muskelzell- und Regeneratzelldichte dar. MSC erhöhen die totale Muskelzelldichte in verletzten Muskeln, was eine mögliche Erklärung für die Kraftsteigerung darstellen kann. Die gleichzeitige Erhöhung der Zelldichte in unverletzten Muskeln deutet zudem auf einen systemischen Effekt der MSC hin. Unter MSC-Einfluss lässt sich eine anhaltende Regeneration beobachten.
Introduction: Severe muscle injury can result in an incomplete healing whereby the contractile fibers are replaced by fat and scar tissue. Current therapeutic approaches aim to support the regenerative capacity of skeletal muscle through the delivery of regenerative cells. In particular, cell-based therapies with mesenchymal stromal cells (MSC) already showed improved muscle function. However, the effects of MSC on the histological level are still unclear, as there are hardly any standardized methods available for analysis. The aim of this work is to investigate the influence of MSC-based therapy on two histological parameters — the total muscle cell density, and the differentiation of cells with centrally located nuclei (regenerated cells) — with a semi-automated algorithm (CSV) which was developed for the presented work. Methods: The CSV developed to record the two histological parameters was first compared to manual assessment using five histomorphological criteria. In the experimental part, 36 female Sprague-Dawley rats underwent a standardized crush injury in the left soleus muscle. Immediately after traumatization of the muscle, the intervention group (n = 18) was transplanted with an alginate gel with 1x 106 autologous MSC, while the control group (n = 18) received only the alginate gel. After 7, 28, and 56 days (n = 6, respectively), the muscles were harvested for histological analysis. The previously tested CSV was then used to deter- mine the total muscle cell density and the density of regenerated cells. Results: The results indicated no significant difference between the manual detection and computer-assisted procedure of histological parameters. Using the CSV, a significant increase in total muscle cell density after trauma was observed. In both left, injured and right, uninjured muscles of the MSC-treated group, a significant increase in total muscle cell density was observed at 28 and 56 days, compared to the control group. Regenerated cell density of injured muscles in both groups increased significantly up to eight weeks after trauma compared to uninjured muscles. In the control group, a strong increase in the percentage of regenerated cells was observed on day 28. The MSC-treated muscles, however, showed a gradual increase in regenerated cell fraction along the entire recovery course. Conclusion: The CSV is a suitable method for recording the total muscle cell density and regenerate cell density. MSC increase the total muscle cell density in injured muscles, possibly explaining the increase in muscle strength. The simultaneous increase in cell density in uninjured muscles indicates a systemic effect of the MSC. Under MSC influence, a prolonged regeneration can be observed.
