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Effekte zyklischer Kompression und Perfusion auf stromale Knochenmarkzellen im 3-dimensionalen Matrix-Bioreaktor System
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Veröffentlicht: | 28. September 2006 |
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Problemstellung / Zielsetzung: Ziel dieser Untersuchung war, den Einfluß von Perfusion und von mechanischer Stimulation auf stromale Knochenmarkzellen, die auf einer 3-dimensionalen, biologischen Matrix angesiedelt wurden, zu untersuchen.
Methoden: Stromale Zellen aus dem Knochenmark (BMSC) wurden bei 6 Patienten im Rahmen von Routineeingriffen entnommen. Die Zellen wurden aufgereinigt und in vitro kultiviert. Zwischen 2. und 3. Passage wurden die Zellen mit einer Dichte von 10^6 Zellen auf bovine, lösungsmittelkonservierte Spongiosazylinder (Tutobone®) mit Medium aufgetragen. Nach 24 Stunden wurden die Matrices in einen Perfusions (P) oder einen Perfusions/ Mechanoreaktor (M) überführt (Abbildung 1 [Abb. 1]). Kontrollen (K) wurden ohne Stimulation kultiviert. Die Perfusionsrate war mit 10ml/min und die Stimulation mit 10% Längenänderung über 3x2 Stunden täglich konstant. Nach 24 Stunden, 1,2 und 3 Wochen wurden ein MTS-Test (Proliferation), sowie eine histologische und elektronenmikroskopische Untersuchung durchgeführt.
Ergebnisse: Der Substratumsatz war sowohl in der Perfusions- (0,23±0,09) als auch in der mechanischen Stimulationsgruppe (0,21±0,06) gegenüber der Kontrolle (0,08±0,04) erhöht (p<0,01). Dies blieb auch nach 2 (P: 0,24±0,09; M: 0,24±0,05) und 3 Wochen (P: 0,26±0,07; M: 0,24±0,06) konstant. Es konnte histologisch und elektronenmikroskopisch die Bildung neuer Matrix in den Poren des Spongiosablocks nachgewiesen werden. Die Proben, die unter Perfusion und unter Perfusion/ mechanischer Stimulation kultiviert wurden, zeigten eine deutlich gesteigerte Zellzahl in den Poren der Matrix. Die Zellen zeigten in allen Gruppen noch weitgehend undifferenzierte mesenchymale, stromale Zellen.
Schlussfolgerung: Der Einfluß von Perfusion erscheint gegenüber der mechanischen Stimulation im untersuchten 3-dimensionalen Zellkulturmodell für die Zellproliferation von elementarer Bedeutung. Der Einfluß der Stimulation auf die Zelldifferenzierung muß in weiterführenden Untersuchungen geklärt werden.