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Fragestellung: Eine der am häufigsten vorkommende Sportverletzung ist die Ruptur des vorderen Kreuzbandes (VK). Unbehandelte VK-Rupturen können zur vorzeitigen Arthrose führen. Für gewöhnlich wird das VK durch ein autologes Semitendinosus-, Patellarsehnen- oder allogenens Transplantat ersetzt. Trotz guter Resultate zeigen sich aber auch Nachteile im Bereich der Entnahmestelle und hinsichtlich eines erhöhten Infektionsrisikos bei der Verwendung allogener Materialien. Zellbasierte Therapieverfahren eröffnen hier neue Behandlungsperspektiven. In der vorliegenden Studie wurde ein VK-Konstrukt basierend auf humanen mesenchymalen Stammzellen (MSZ) in einem Kollagen I Hydrogel zusammen mit Rattenschwanz-Kollagenfasern und Small Intestinale Submucosa (SIS) entwickelt.

Methodik: MSZ isoliert aus dem Knochenmark wurden in ein Kollagen Hydrogel (Arthro Kinetics) eingebettet (2,5x10⁵ Zellen/ml Gel) und auf ein dezellularisiertes SIS zusammen mit parallel ausgerichteten Kollagenfasern gegeben. Anschließend wurde das beschichtete SIS aufgerollt und vernäht. Nach einem Zeitraum von 24 Tagen in statischer Kultur wurden die VK-Konstrukte histologisch und immunhistologisch aufgearbeitet. Die Kollagenfasern wurden zusätzlich elektronenmikroskopisch untersucht. Des Weiteren wurden die Kollagenfasern hinsichtlich ihrer mechanischen Reißfestigkeit an einer Materialprüfmaschine (Zwick) getestet.

Ergebnisse: Während der 24-tägigen Kultivierung konnte bei den VK-Konstrukten kein Schrumpfverhalten beobachtet werden. Die Konstrukte zeigten eine gute Verbindung zwischen dem Kollagengel, dem SIS und den Kollagenfasern. Sogar Unebenheiten der SIS Oberfläche wurden vollständig vom Kollagenhydrogel ausgefüllt. In den Konstrukten wurden die MSZ vital im Kollagenhydrogel lokalisiert. Histologische und immunhistologische Untersuchungen zeigten lang gestreckte fibroblasten-ähnliche Zellen, umgeben von einem kollagenartigen Gewebe teilweise entlang der Kollagenfasern ausgerichtet. Des Weiteren zeigten die elektronenmikroskopischen Aufnahmen der Kollagenfasern, dass die einzelnen Kollagenfibrillen meist parallel angeordnet waren, die Fibrillenbündel allerdings eine leichte Torsion aufwiesen. Erste Reißfestigkeitsversuche an Einzelkollagenfasern ergaben Werte im Bereich von über 10 N.

Schlussfolgerungen: Die Kombination von MSZ, Kollagenhydrogel, SIS und Kollagenfasern scheint ein viel versprechender Ansatz für die Entwicklung eines VK-Konstrukts zu sein. Vor allem der Einsatz von mehreren verdrillten bzw. geflochtenen Kollagenfasern könnte hier die Stabilität der Konstrukte noch erheblich steigern. In derzeitigen Untersuchungen versuchen wir die Verwendung von verdrillten Kollagenfasern durch zyklische Dehnung in einem Bioreaktor die VK-Konstrukte weiter zu stabilisieren.