Artykuł oryginalny
Ponowne dojrzewanie odróżnicowanych w hodowlach in vitro chondrocytów w warunkach obniżonego stężenia tlenu

Degradacja chrząstki stawowej jest główną przyczyną zniszczenia stawów w wielu chorobach reumatycznych. Jedną z atrakcyjnych możliwości naprawy chrząstki jest jej regeneracja hodowanymi in vitro chondrocytami. Jednakże hodowane w standardowych warunkach chondrocyty ulegają odróżnicowaniu: zanika produkcja kolagenu II, a zwiększa się produkcja kolagenu I. Istnieje konieczność opracowania ulepszonych warunków hodowli chondrocytów in vitro. Celem pracy była weryfikacja hipotezy, że chondrocyty hodowane in vitro w warunkach zbliżonych do fizjologicznych – zmiennego mechanicznego obciążenia i/lub niskiego stężenia O₂, wykazują ekspresję genów kodujących białka macierzy zewnątrzkomórkowej charakterystyczne dla chondrocytów chrząstki stawowej. Do sprawdzenia tej hipotezy chondrocyty izolowane z chrząstki stawowej pacjentów z reumatoidalnym zapaleniem stawów były hodowane w atmosferze normalnego (21%) lub obniżonego (5%) stężenia tlenu (O₂), w warunkach normalnego (1 atm) lub podwyższonego (2 atm), cyklicznie zmieniającego się ciśnienia. W chondrocytach hodowanych w powyższych warunkach oceniano ekspresję genów charakterystycznych dla dojrzałych chondrocytów: agrekanu, kolagenu IIA i kolagenu IIB oraz genu obecnego w odróżnicowanych w warunkach in vitro chondrocytach kolagenu I. Otrzymane wyniki wskazują, że chondrocyty hodowane w warunkach obniżonego do 5% stężenia tlenu wykazują wzrost produkcji mRNA kodującego agrekan, kolagen IIA, kolagen IIB, przy jednoczesnym obniżeniu produkcji mRNA dla kolagenu I. Nie zaobserwowano znaczących różnic w proliferacji i morfologii hodowanych komórek. Chondrocyty poddane stymulacji mechanicznej wykazywały tendencję do obniżenia produkcji białek macierzy zewnątrzkomórkowej charakterystycznej dla chrząstki. Wyniki te sugerują, że hodowle chondrocytów w warunkach obniżonego (5%) stężenia tlenu prowadzą do ponownego funkcjonalnego różnicowania się chondrocytów odróżnicowanych w warunkach in vitro. Mechaniczna stymulacja nie jest niezbędna na tym etapie hodowli.

Articular cartilage degradation is a main cause of joint destruction in rheumatic diseases. An attractive possibility for cartilage repair is the use of cultured in vitro chondrocytes. However, cultured chondrocytes undergo dedifferentiation with loss of collagen II production, and increased synthesis of collagen I. Therefore, optimization of chondrocyte culture conditions in vitro is required. The aim of this work was to verify the hypothesis that chondrocytes cultured in vitro in conditions similar to their physiological environment: (1) fluctuating mechanical pressure, and/or (2) low oxygen tension, will express genes encoding extracellular matrix proteins characteristic for articular chondrocytes. To verify this hypothesis, chondrocytes isolated from cartilage of rheumatoid arthritis patients were cultured in normal (21%) or low (5%) oxygen tension, normal (1 atm) or increased (2 atm) in cyclic fashion, atmospheric pressure. The expression of genes characteristic for mature chondrocytes: aggrecan, collagen IIA and IIB, and gene present in dedifferentiated chondrocytes, collagen I, were analyzed in chondrocytes cultured in modified conditions. The results confirm that chondrocytes cultured in low (5%) oxygen tension, increased expression of mRNA encoding aggrecan, collagen IIA and IIB with simultaneous decrease of collagen I. No changes of cell morphology or proliferation rate were observed. Chondrocytes exposed to fluctuating pressure exert lower, but not significant extracellular matrix synthesis. Cells cultured in 5% O₂ exerted increased expression of mRNA encoding genes characteristic for differentiated chondrocytes i.e. aggrecan, collagen IIA and IIB, with simultaneous decreased expression of collagen I, a marker of dedifferentiated chondrocytes. These results suggest that low oxygen tension stimulates cultured chondrocytes toward functional redifferentiation of dedifferentiated chondrocytes. Mechanical stimulation is not required at this stage of culture.