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Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie
71. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Unfallchirurgie, 93. Tagung der Deutschen Gesellschaft für Orthopädie und Orthopädische Chirurgie und 48. Tagung des Berufsverbandes der Fachärzte für Orthopädie und Unfallchirurgie

24. - 27.10.2007, Berlin

Kollagen II-Nanofibers für die Gelenkknorpelrekonstruktion

Meeting Abstract

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  • L. Rackwitz - Orthopädische Klinik, König-Ludwig-Haus, Abt. für Tissue Engineering, Würzburg, Germany
  • W.-J. Li - National Institutes of Health, DHHS, Cartilage Biology and Orthopaedics Branch, NIAMS, Bethesda, Maryland, United States of America
  • U. Nöth - Orthopädische Klinik, König-Ludwig-Haus, Abt. für Tissue Engineering, Würzburg, Germany
  • R.S. Tuan - National Institutes of Health, DHHS, Cartilage Biology and Orthopaedics Branch, NIAMS, Bethesda, Maryland, United States of America

Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie. 71. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Unfallchirurgie, 93. Tagung der Deutschen Gesellschaft für Orthopädie und Orthopädische Chirurgie, 48. Tagung des Berufsverbandes der Fachärzte für Orthopädie. Berlin, 24.-27.10.2007. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2007. DocE25-1788

Die elektronische Version dieses Artikels ist vollständig und ist verfügbar unter: http://www.egms.de/de/meetings/dkou2007/07dkou115.shtml

Veröffentlicht: 9. Oktober 2007

© 2007 Rackwitz et al.
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Gliederung

Text

Einleitung: Matrixgekoppelten Verfahren stellen die aktuellste Generation der autologen Chondrozytentransplantation dar. Allerdings vereint keiner der zurzeit im klinischen Einsatz befindlichen Zellträger sowohl die biochemische Komposition als auch die ultrastrukturellen Aspekte des hyalinen Gelenkknorpels. Kollagen II ist das Hauptstrukturkollagen von Gelenkknorpel und liegt hier als aus organisierten Homotrimeren (drei α1(II)-Ketten) bestehende, fibrilläre Struktur mit einem Durchmesser von 50-400 nm vor. Durch die “Elektrospinning”-Technik ist es möglich aus synthetischen Polymeren Nanofibers herzustellen, die Durchmesser aufweisen wie sie auch in der Extrazellulärmatrix von Gelenkknorpel vorkommen.

In der vorliegenden Arbeit wurde durch das „Elektrospinning“ ein biomimetischer, nanofibrillärer Zellträger aus Kollagen II zur Gelenkknorpelrekonstruktion hergestellt und erste Daten zum Proliferationsverhalten von humanen mesenchymalen Stammzellen erhoben.

Material und methoden:Kollagen Typ II wurde aus Kniegelenkknorpel von Kälbern isoliert und aufgereinigt. Anschließend wurden die Ausgangsbedingungen für das „Elektrospinning“-Verfahren erarbeitet, wobei unterschiedliche Proteinkonzentrationen in Hexafluoropropanolol (HFP) und 50%-iger Essigsäure als Lösungsmittel getestet wurden. Der mittlere Durchmesser einzelner Nanofibers wurde elektronenmikroskopisch ausgewertet. Nach Austestung der optimalen Bedingungen (Kollagen II 425 mg Kollagen II/ml 50%-iger Essigsäure) wurden die Nanofibers auf eine 15x15 cm Kupferplatte gesponnen und Zellträger (Durchmesser 8 mm x 2 mm Höhe) hergestellt. Diese Konstrukte wurden zunächst einem chemischen „Crosslinking“-Verfahren mit Hexamethylen Diisocyanat in Propanol unterzogen. Anschließend erfolgte die Besiedelung mit 50,000 MSZ/Konstrukt und die Kultivierung in einem serumhaltigen Stammzellmedium (10% FCS, DMEM) über 3 Wochen.

Ergebnisse: Aus HFP konnten bei einer Kollagen II Konzentration von 75 mg/ml - 175 mg, aus 50%-iger Essigsäure von 350 mg/ml bis 450 mg/ml, Nanofibers hergestellt werden. Der Durchmesser der einzelnen Nanofiber korrelierte mit der eingesetzten Proteinkonzentration, wobei unter Verwendung von 50%-iger Essigsäure deutlich homogenere Nanofibers mit einem mittleren Durchmesser von 200 nm (425 mg Kollagen II/ml) gesponnen werden konnten, als bei Verwendung von HFP. Die zellbesiedelten Konstrukte zeigten nach 3 Wochen Kultivierung eine zellvermittelte Kontraktion von ca. 15% und es kam zu einer 2,3-fachen Vermehrung der Ausgangszellzahl.

Zusammenfassung: Wir konnten erfolgreich einen stabilen biomimetischen, nanofibrillären Zellträger aus Kollagen II unter Verwendung der „Elektrospinning“-Technik herstellen. Es konnte zum ersten Mal die Herstellung von homogenen Kollagen II-Nanofibers durch „Elektrospinning“ aus einer schwachen Säure gezeigt werden. Unserer Ansicht nach besitzt das von uns vorgestellte Verfahren großes Potential bei zukünftigen Verfahren in der Gelenkknorpelrekonstruktion.