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Voraussetzung für den klinischen Einsatz von im Labor hergestelltem Gewebeersatz ist eine schnelle Vaskularisierung. Matrixmodifikationen (Ethyl-Carbo-Diimid-Vernetzung und Heparinimmobilisation) zur Verbesserung der Gefäßbildung sind ein vielversprechender Ansatz. In Vorversuchen konnte gezeigt werden, dass humane umbilikale venöse Endothelzellen (HUVEC) in modifizierte Schwämme tubuläre Strukturen ausbilden. Adulte Knochenmark-Stammzellen besitzen die Möglichkeit der Differenzierung in Endothelzellen und sind im Sinne eines autologen Systems, leicht durch eine Knochenmarkbiopsie zu gewinnen. Diese Experimente konzentrieren sich auf die Differenzierung und dreidimensionale Kultur von adulten Knochenmark-Stammzellen und die Bildung tubulärer Strukturen im Kollagen.

Die Isolation der mesenchymalen Stammzellen erfolgte aus humanem Knochenmark durch Dichte-Gradienten-Zentrifugation mittels Ficoll-Paque ®. Die Zellen der P2-Generation wurden in zwei verschiedene Gruppen aufgeteilt: Gruppe 1: Kontroll-Zellen im Basal-Stammzell-Medium. Gruppe 2: Zugabe von VEGF, bFGF und IGF-1. Nach 21 Tagen wurden die Zellen beider Gruppen in unmodifizierte und EDC/Heparin-vernetzte Kollagenmatrix implantiert. 12 Stunden vor Besiedlung der Schwämme erfolgte eine Vital-Markierung der Zellen mit einem fluoreszierenden „Cell-Marker“. Nach weiteren 21 Tagen wurde eine histologische Evaluation durchgeführt.

Nach 3 Wochen in Kultur wiesen nur die Zellen der Gruppe 2 die phenotypischen Endothelzell-Charakteristika auf und exprimierten den von-Willebrand Faktor, wie reifes Endothel. Zellen der Gruppe 1 zeigten keine Veränderungen. In beiden Gruppen konnte eine gesteigerte Proliferation und Invasion in die EDC/Heparin-Martizes beobachtet werden. Formation von Tubuli aus den in Endothelzellen differenzierten Stammzellen sah man nur in den vernetzten Schwämmen. Die Modifikation des Kollagens führte weiterhin zur einem größeren Porendurchmesser und einer größeren strukturellen Stabilität.

Das Experiment zeigt das Differenzierungspotential adulter humaner mesenchymaler Knochenmark-Stammzellen in Endothelzellen unter dem Einfluss von angiogenen Wachstumsfaktoren. Die Transformation führt zur Formation von tubulären Strukturen in den EDC/Heparin-Kollagenschwämmen. EDC dient als zusätzlicher Vernetzer des Kollagens und trägt über die Stabilisierung zur einer größeren Porenstruktur sowie verbesserter Proliferation bei. Diese Matrizes können als „Drug-delivery-systems“ für Wachstumsfaktoren dienen, die die Differenzierung von pluripotenten Stammzellen in diverse Zelltypen steuern.