Sehnen bleiben schwer zu regenerierende Gewebe, und die Entwicklung von Differenzierungsprotokollen ausgehend von Stammzellen stößt auf mehrere grundlegende Hindernisse. Anders als bei Knorpel, Knochen oder Muskel, für die heute Mastergene (jeweils Sox9, Runx2 und die myogenen Regulationsfaktoren) sowie Induktionsprotokolle anerkannt sind, gibt es weder ein Mastergen noch ein etabliertes Protokoll mit externen Induktoren, das mesenchymale Stammzellen in Richtung eines Sehnenphänotyps lenken könnte. Die Seltenheit spezifischer Marker erschwert die Analyse zusätzlich: Kollagen Typ I, der Hauptbestandteil der Sehne, wird auch in zahlreichen anderen Bindegeweben exprimiert, sodass der Transkriptionsfaktor Scleraxis (Scx) und das Glykoprotein Tenomodulin (kodiert durch Tnmd) die zuverlässigsten Anhaltspunkte bleiben.
Um die für diese Differenzierung günstigen Bedingungen genauer zu bestimmen, untersuchten die Autoren das tenogene Potenzial einer murinen mesenchymalen Stammzelllinie, der C3H10T1/2-Zellen, indem sie mehrere zweidimensionale und dreidimensionale Kulturumgebungen verglichen. In 2D wurden die Zellen entweder auf klassischem Kunststoffsubstrat oder auf einem mit Kollagen Typ I beschichteten Silikonsubstrat kultiviert; in 3D wurden sie in Sehnenkonstrukte auf Basis von Fibringelen eingebettet, wobei sie lineare Strukturen zwischen zwei Verankerungspunkten bildeten. Die Expression der Sehnenmarker wurde im zeitlichen Verlauf mittels RT-qPCR verfolgt, und die Wirkung des Wachstumsfaktors TGFβ2 wurde in beiden Systemtypen getestet.
Die Ergebnisse zeigen, dass das Silikonsubstrat die Sehnendifferenzierung stärker fördert als der Kunststoff, wie eine erhöhte Expression der Marker Scx, Col1a1 und Tnmd belegt. Die dreidimensionale Fibrinumgebung erweist sich ihrerseits als förderlicher für die Expression von Scx und Col1a1 als die 2D-Kulturen. Die auffälligste Beobachtung betrifft TGFβ2: Während dieser Ligand die Expression von Scx stimuliert, unterdrückt er die von Tnmd sowohl in den 2D- als auch in den 3D-Kulturen stark, was eine deutliche inverse Korrelation zwischen der TGFβ-Aktivität und der Tnmd-Expression offenbart. Die Autoren interpretieren diese gegensätzlichen Profile von Scx und Tnmd als möglichen Ausdruck zweier unterschiedlicher Phasen der Tenogenese: einer durch Scx gekennzeichneten Progenitorphase und einer durch Tnmd gekennzeichneten Differenzierungsphase. Sie betonen jedoch, dass diese Negativregulation spezifisch für mesenchymale Stammzellen sein könnte und dass ihre Relevanz für die In-vivo-Situation weitere Untersuchungen erfordert.
Insgesamt belegen diese Arbeiten, dass die mechanischen und molekularen Parameter – Expansion, Konfluenz, Beschaffenheit des Substrats, 2D- oder 3D-Umgebung sowie der TGFβ-Signalweg – das Sehnendifferenzierungspotenzial der C3H10T1/2-Zellen beeinflussen. Die Identifizierung dieser optimalen Bedingungen ist von besonderem Interesse für die Optimierung von Kulturprotokollen für Sehnenzellen ausgehend von Stammzellen im Hinblick auf die Sehnenreparatur.