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67. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Unfallchirurgie
89. Tagung der Deutschen Gesellschaft für Orthopädie und Orthopädische Chirurgie
44. Tagung des Berufsverbandes der Fachärzte für Orthopädie

11. bis 16.11.2003, Messe/ICC Berlin

Einfluss des Sauerstoffpartialdruckes bei Bioreaktorkultivierungen auf die Produktqualität von dreidimensionalen Knorpel-Träger-Konstrukten.

Meeting Abstract (DGU 2003)

  • corresponding author Stephanie Nagel-Heyer - Technische Universität Hamburg-Harburg, Denickestraße 15, 21071, Hamburg, Phone: 040428783950, Fax: 040428782909
  • J.-P. Petersen - Universitätsklinikum Eppendorf
  • C. Goepfert - Universitätsklinikum Eppendorf
  • P. Adamietz - Universitätsklinikum Eppendorf
  • N.M. Meenen - Universitätsklinikum Eppendorf
  • R. Pörtner - Technische Universität Hamburg-Harburg

Deutsche Gesellschaft für Unfallchirurgie. Deutsche Gesellschaft für Orthopädie und orthopädische Chirurgie. Berufsverband der Fachärzte für Orthopädie. 67. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Unfallchirurgie, 89. Tagung der Deutschen Gesellschaft für Orthopädie und Orthopädische Chirurgie und 44. Tagung des Berufsverbandes der Fachärzte für Orthopädie. Berlin, 11.-16.11.2003. Düsseldorf, Köln: German Medical Science; 2003. Doc03dguD4-6

Die elektronische Version dieses Artikels ist vollständig und ist verfügbar unter: http://www.egms.de/de/meetings/dgu2003/03dgu0256.shtml

Veröffentlicht: 11. November 2003

© 2003 Nagel-Heyer et al.
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Gliederung

Text

Fragestellung

Der Einsatz verschiedener Bioreaktorsysteme zur Herstellung bioartifizieller Gewebe aus lebenden Zellen, Zellmatrix und Biomaterialien könnte in der Zukunft neue Möglichkeiten zur chirurgischen Therapie von Knorpelschäden eröffnen. Im Rahmen eines Forschungsverbundes wird ein neues, an das Konzept der autologen Knorpel-Knochen-Transplantation angelegtes Bioreaktor-Verfahren entwickelt. Im ersten Schritt des Verfahrens werden körpereigene Zellen im Labor vermehrt. In einer zweiten Phase werden die Zellen auf einem Träger mit strukturierter Oberfläche in Bioreaktorsystemen kultiviert und unter Einsatz von Hormonen wird die dreidimensionale Gewebestruktur gebildet. Das in-vitro kultivierte Knorpel-Träger-Konstrukt soll dem Patienten in den Knorpeldefekt eingesetzt werden, wobei das Trägermaterial als Knochenäquivalent dient. Die hier vorgestellten Arbeiten hatten zum Ziel, durch Variation des Sauerstoffpartialdruckes und dem Einsatz verschiedener Bioreaktorkonzepte die Produktqualität der biohybriden Knorpel-Träger-Konstrukte gegenüber herkömmlichen statischen Kultivierungsmethoden zu verbessern.

Methodik

Es wurden zwei neuartige Bioreaktorkonzepte eingesetzt, in denen mittels Begasungsart, Strömung oder Überlagerung von hydrostatischem Druck unterschiedliche Kultivierungsbedingungen eingestellt werden konnten. Die Kultivierung der Implantate erfolgte aufgeteilt in zwei unterschiedlichen Kultivierungsphasen. Nach einer Biopsie zur Gewinnung der Zellen (mini pig), folgte eine Proliferationsphase in herkömmlichen T-Flaschen. Um die Knorpelsynthese wieder zu stimulieren, wurden die Zellen in Alginat immobilisiert, nach 2 Wochen Kultivierung eluiert und auf den Träger aufzentrifugiert. Die Knorpelbildung wurde zusätzlich durch die Zugabe von Hormonen angeregt. Zeitlich abhängig von der ausgewählten Kultivierungstrategie erfolgte dann die Weiterkultivierung in den Bioreaktoren. Parallel wurde jeweils eine Referenzkultivierung in 12-well-plates durchgeführt.

Die Knorpel-Träger-Konstrukte wurden am Ende auf den Gehalt an DNA und Glykosaminoglykan (GAG) untersucht. Mittels Westernblot erfolgte die Bestimmung der Art des entstandenen Kollagens was zusätzlich anhand von histologischen Untersuchungen verifiziert wurde.

Ergebnisse

Durch Reduktion der Sauerstoffkonzentration (95%, 50%, 21%, 10%, 5%) in den Bioreaktoren konnte eine Verzehnfachung der Knorpelhöhe von ca. 0,2 auf 2 mm erzielt werden. Die verbesserte Festigkeit der Knorpel-Träger-Verbindung sowie ein höheres GAG zu DNA- Verhältnis konnte ebenfalls bei niedrigerem Sauerstoffpartialdruck verzeichnet werden. Die Festigkeit der Matrix und der Knorpel-Trägerverbindung wurde durch den Einsatz der Bioreaktoren im Gegensatz zu den Referenzen im 12-well-plate verbessert.

Schlussfolgerungen

Durch die Reduktion des Sauerstoffpartialdruckes in Verbindung mit dem Einsatz von Bioreaktoren wurde die Qualität der Knorpel-Träger-Konstrukte wesentlich verbessert.

BMBF-Projekt 03N4012