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Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie
70. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Unfallchirurgie
92. Tagung der Deutschen Gesellschaft für Orthopädie und Orthopädische Chirurgie und
47. Tagung des Berufsverbandes der Fachärzte für Orthopädie

02. - 06.10.2006, Berlin

Neuartiges Konzept zum Tissue Engineering von langen Röhrenknochen auf der Basis biologisierter textiler Scaffolds

Meeting Abstract

  • C. Rentsch - Unfall- und Wiederherstellungschirurgie, Universitätsklinikum 'Carl Gustav Carus', Dresden, Germany
  • A. Biewener - Unfall- und Wiederherstellungschirurgie, Universitätsklinikum 'Carl Gustav Carus', Dresden, Germany
  • B. Schulz - Catgut, GmbH, Markneukirchen, Germany
  • A. Hofmann - Institut für Werkstoffwissenschaften, Max Bergmann Zentrum für Biomaterialien, Dresden, Germany
  • U. Schroeter-Bobsin - Klinik für Orthopädie,, Universitätsklinikum 'Carl Gustav Carus', Dresden, Germany
  • D. Scharnweber - Institut für Werkstoffwissenschaften, Max Bergmann Zentrum für Biomaterialien, Dresden, Germany
  • H. Zwipp - Unfall- und Wiederherstellungschirurgie, Universitätsklinikum 'Carl Gustav Carus', Dresden, Germany

Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie. 70. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Unfallchirurgie, 92. Tagung der Deutschen Gesellschaft für Orthopädie und Orthopädische Chirurgie und 47. Tagung des Berufsverbandes der Fachärzte für Orthopädie. Berlin, 02.-06.10.2006. Düsseldorf, Köln: German Medical Science; 2006. DocE.1.6-922

Die elektronische Version dieses Artikels ist vollständig und ist verfügbar unter: http://www.egms.de/de/meetings/dgu2006/06dgu0044.shtml

Veröffentlicht: 28. September 2006

© 2006 Rentsch et al.
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Gliederung

Text

Fragestellungen: Kann unter der Verwendung biologisierter, textiler Scaffolds eine verbesserte Knochenneubildung erreicht werden als bei bisherigen Tissue Engineering Ansätzen mit hydroxylapatitartigen Materialien?

Methodik: Resorbierbare Biopolymere werden als flache 3-D Strukturen gestickt und nach einer Beschichtung mit Kollagen I (Koll I) oder Kollagen I und Chondroitinsulfat (Koll I + CS) mit Progenitorzellen besiedelt (= biologisierte Scaffolds). Chondroitinsulfat zeigte in bisherigen Versuchen einen positiven Effekt auf die Knochenneubildung und ist daher Bestandteil der hier aufgeführten Untersuchungen. Die aus Knochenmarkaspiraten gewonnenen Progenitorzellen wurden nach ausführlicher Charakterisierung (FACS, ALP) zur Besiedlung der Scaffolds eingesetzt. Die Kultivierung erfolgte über 14 Tage in einem Zellreaktor, wobei eine Gruppe Stammzellmedium erhielt und die andere Gruppe osteogen differenziert wurde. Die mit humanen Zellen besiedelten Scaffoldscheiben wurden zu einem Scaffoldpad zusammengenäht und subcutan in immundefiziente Nacktratten implantiert (6-12 Wochen). Anschließend erfolgten histologische, immunhistologische und computertomographische (CT) Untersuchungen der Scaffolds. Die Insertion von Scaffoldpads in einen kritischen Knochendefekt (Rattenfemur) steht an.

Ergebnisse: in vitro: Mittels LDH Messungen wurde die Proliferation der Zellen auf dem Scaffold nachgewiesen. ALP Analysen zeigten einen signifikanten Anstieg der ALP bei den osteogen differenzierten Proben. Rasterelektronische Aufnahmen (REM) zeigten eine homogene Verteilung auf dem Scaffoldnetzwerk. in vivo: Die Scaffoldpads waren nach 6 Wochen vollständig mit Rattenbindegewebe durchwachsen. Die Vaskularisierung war über den gesamten Scaffoldbereich homogen verteilt. Entzündungen und Abstoßreaktionen konnten nicht festgestellt werden. CT- Aufnahmen zeigten nach 6 Wochen keine Kalzifizierung. Die histologischen Nachweise von typischen Knochenmarkern wie Osteopontin, Bonesialoprotein, Osteocalcin und Kollagen I zeigten positive Signale. Mittels PCR konnte der humane Transkriptionsfaktor Cbfa I nachgewiesen werden. Der positive Einfluß von Chondroitinsulfat als Beschichtungsreagenz konnte anhand von ALP-Messungen der explantierten Gewebeproben nachgewiesen werden.

Schlussfolgerungen: Die netzartige Struktur des Scaffolds ermöglicht eine optimale Nährstoffversorgung der Zellen auf dem Träger in vivo und in vitro. Gefäße können aus dem umgebenden Gewebe sehr schnell in diese Strukturen einwachsen. Durch ein „Stapeln“ der Scaffolds kann eine ideale Defektauffüllung z.B. im Röhrenknochen erfolgen. Darüber hinaus können verschieden besiedelte Scaffolds miteinander kombiniert werden. Nach einer 6-wöchigen subcutanen Implantierung biologisierter Scaffolds in der Nacktratte, konnte keine Knochenbildung lokalisiert werden. Da der Nachweis von knochenspezifischen Markern positiv war, werden derzeit Versuchsgruppen mit 12 Wochen Standzeit untersucht.