Die Heilung von Rotatorenmanschetten-Rupturen stellt ein großes klinisches Problem dar, wobei häufig Komplikationen auftreten, wie die Nichtheilung des Gewebes und Rerupturen. Verschiedene Risikofaktoren können die Heilung zudem negativ beeinflussen, wie ein höheres Alter, das weibliche Geschlecht oder eine höhere fettige Infiltration des beteiligten Muskels. Die Stimulation mit Wachstumsfaktoren, z.B. Bone Morphogenetic Protein-2 (BMP-2) und BMP-7, könnte die Heilung der Rotatorenmanschette zukünftig verbessern. BMP-2 und BMP-7 sind für die Knochenheilung klinisch zugelassen und könnte neben den Osteoblasten auch Tenozyten stimulieren und die Heilung somit von zwei Seiten positiv beeinflussen. Ziel der Arbeit war es, Tenozyten aus Supraspinatussehnen verschiedener Spendergruppen zu charakterisieren, um mögliche zellbiologische Eigenschaften zu identifizieren, die für eine schlechtere Heilung verantwortlich sein könnten. Weiterhin sollte untersucht werden, ob die Zellen von einer Stimulation mit BMP-2 oder -7 profitieren können. Es wurden Tenozyten von 36 Spendern aus 6 Gruppen charakterisiert. Die Gruppen unterschieden sich hinsichtlich Alter (jünger und älter als 65 Jahre), Geschlecht und fettiger Infiltration (Goutalliergrad 0-1, 2, 3-4). Es wurde die Zelldichte, das Zellwachstum, das Genexpressionsprofil, die Kollagen Synthese sowie das Stammzellpotential der Tenozyten untersucht. Zusätzlich wurden die Zellen mit 200 und 1000 ng/ml BMP-2 oder BMP-7 in einer 2D-Kultur und in einer 3D-Kultur stimuliert. Untersucht wurde der Effekt auf die Zellaktivität, die Genexpression sowie die Kollagen Typ I Synthese. Tenozyten aller Spendergruppen zeigten ein Tenozyten-spezifisches Expressionsprofil und Stammzellpotential. Tenozyten älterer Spender und von Spendern mit hoher fettiger Infiltration hatten ein signifikant geringeres Zellwachstum und Koloniebildungspotential. Tenozyten älterer weiblicher Patienten zeigten zudem eine signifikant verringerte Kollagen Typ I Synthese. Durch die Stimulation mit BMP-2 oder BMP-7 konnte vor allem die Zellaktivität sowie die Expression und Synthese von Kollagen Typ I und III in den Tenozyten signifikant gesteigert werden. BMP-7 hatte eine stärkere stimulierende Wirkung auf die Zellen als BMP-2. In der 3D-Scaffold-Kultur war die Wirkung der BMPs deutlich verstärkt gegenüber der 2D-Kultur. Zellen älterer weiblicher Spender und von Spendern mit hoher fettiger Infiltration zeigten ein verringertes Stimultionspotential. In der vorliegenden Arbeit wurden zellbiologische Parameter identifiziert, die in Tenozyten von Patienten aus Risikogruppen verschlechtert waren. Dies könnte eine Ursache für ein schlechteres Heilungspotential bei diesen Patientengruppen sein und somit einen möglichen Ansatzpunkt für eine verbesserte Therapie darstellen. Durch die Anwendung von BMP-2 und BMP-7 konnten wichtige Eigenschaften der Tenozyten aller Patientengruppen stimuliert werden. Die Unterstützung der Heilung nach Rotatorenmanschetten-Rekonstruktionen mit BMP-2 oder BMP-7 könnte aus zellbiologischer Sicht als zukünftige Therapieoption in Frage kommen.
Healing of rotator cuff tears remains challenging. Complications, such as non- healing or re-tearing of the tendon tissue, occur often and depend on diverse risk factors such as an older age, the female sex, or a higher fatty infiltration of the corresponding muscle. Biological stimulation using growth factors, for example bone morphogenetic protein 2 (BMP-2) and BMP-7, may help to improve tendon-bone healing. BMP-2 and BMP-7 are approved for the treatment of bone defects and could stimulate tenocytes as well as osteoblasts and may therefore positively influence the healing at the rotator cuff via both cell types. The aim of the project was to characterize tenocytes from supraspinatus tendons of different donors groups, to identify possible characteristics, which may be responsible for an inferior healing potential in these patients. Furthermore, the aim was to investigate if tenocytes can benefit from the stimulation with BMP-2 or BMP-7. Tenocytes from 36 donors, divided into 6 groups, were characterized. The groups differed regarding age ( 65 years), sex and muscle fatty infiltration (Goutallier grade 0-1, 2, 3-4). The cell density, cell growth, gene expression profile, collagen synthesis, and stem cell potential were analyzed. Furthermore, cells were stimulated with 200 and 1000 ng/ml BMP-2 or BMP-7 in 2D- and 3D-culture. The effect of the growth factors was determined regarding cell activity, gene expression, as well as collagen type I synthesis. Tenocytes of all donor groups showed a specific expression profile and stem cell potential. Cells of older donors and donors with a higher grade of muscle fatty infiltration had a significantly decreased cell growth and colony forming ability. In addition, tenocytes of older females showed a significantly reduced collagen type I synthesis. By stimulating tenocytes with BMP-2 or BMP-7, the cell activity was increased, as well as the expression and synthesis of collagen type I and III. BMP-7 had a stronger stimulating effect on the cells than BMP-2. The established 3D scaffold culture of the cells highly increased the effect of the BMPs. In tenocytes of older female donors and donors with high fatty infiltration, a reduced stimulation potential was observed. In the present study, cellular biological parameters could be identified, which were inferior in tenocytes of patients from risk groups. This may be a reason for a weaker healing potential in these donor groups and could represent a possible starting point for an improved therapy of rotator cuff healing. By stimulation of tenocytes with BMP-2 and BMP-7, important cellular biological characteristics were improved in all donors groups. From a cellular perspective, the augmentation of the healing after rotator cuff reconstructions with BMP-2 or BMP-7 may be a possible treatment option for the future.
