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Fragestellung: Verschiedene Trägermaterialien für Chondrozyten werden zur klinischen und experimentellen Knorpelreparatur verwendet. Alginat ist besonders gut geeignet, die Chondrogenese in dreidimensionaler Kultur zu unterstützen. Wir testeten die Hypothese, dass Unterschiede in der Viskosität und Reinheit des verwendeten Alginats direkt die Morphologie von Alginatsphäroiden und die Viabilität und Proliferation von verkapselten primären Chondrozyten beeinflußten.

Methodik: Sechs Alginate wurden untersucht: niedrigviskoses, stark mannuronsäure-haltiges Alginat (LVM) (Sigma); niedrigviskoses, stark guluronsäure-haltiges Alginat (LVG) (Fluka) und vier ultrareine Alginate (Novamatrix): niedrigviskoses und mittelviskoses, stark guluronsäure-haltiges Alginat (BioLVG, BioMVG) sowie niedrigviskoses und mittelviskoses, stark mannuronsäure-haltiges Alginat (BioLVM, BioMVM). Chondrozyten wurden enzymatisch aus Knorpelproben von Merinoschafen isoliert, im Monolayer kultiviert und standardisiert in Alginatsphäroiden verkapselt (10⁶ Zellen/ml). Morphologie und Durchmesser der Zell-Sphäroide wurden durch inverse Mikroskopie an Tag 3 und 21 bestimmt. Über 3 Wochen in vitro wurden Viabilität und Proliferation der verkapselten Chondrozyten mittels Hämozytometrie und Trypan-Blau-Ausschluß in 3 unabhängigen Experimenten gemessen (Tag 0, 1, 3, 7, 14, 21; insgesamt 264 Sphäroide). Ein multivariantes Statistikmodell ermittelte die Signifikanz.

Ergebnisse und Schlussfolgerungen: Ultrareine Alginate bildeten reproduzierbarere Sphäroide mit homogeneren Sphäroidstrukturen als ungereinigte Alginate. Der mittlere Sphäroiddurchmesser (mm) lag an Tag 3 zwischen 3,00±0,28 (LVM) und 3,40±0,09 (LVG) (P>0,05, n=4). Nach 21-tägiger Kultivierung war der Durchmesser um das 1,03 (LVM) –1,22-fache (LVG) reduziert. Bei Verkapselung (Tag 0) beinhalteten alle Sphäroide 1,6±0,5 x 104 lebende Chondrozyten mit einer Zellviabilität zwischen 86%(BioLVG)-100%(LVG). Über 3 Wochen proliferierten die Chondrozyten in den Sphäroiden aller Alginate um das bis zu 1,8-fache: BioLVM: 1,0±0,2; BioMVM: 1,1±0,4; LVG: 1,2±0,4; LVM: 1,2±0,6; BioMVG: 1,7±0,8; BioLVG: 1,8±0,8; je x10⁴ Zellen. Die Zellviabilität der Chondrozyten übertraf in den ultrareinen Alginaten 90% am Tag 21, während sie in den nicht-gereinigten Alginaten auf unter 87% sank: BioMVG: 94,8±4,5%, BioLVM: 91,2±4,6%, BioLVG: 91,0±5,9%, BioMVM: 90,3±4,1%, LVG: 87,3±0,6%, LVM: 80,2±16%. Chondrozyten verkapselt in BioMVG-Alginat zeigten die höchste Viabilität: 94,8±4,5% und die zweithöchste Lebendzellzahl/Sphäroid: 1,7±0,8 x 10⁴ Zellen am Tag 21 (n=6, P>0,05).

Unterschiedliche Zusammensetzung und Reinheit von Alginaten resultieren in unterschiedlichen Größen und Reproduzierbarkeiten von Alginatsphäroiden. In ultrareinem, mittelviskosen, stark guluronsäure-haltigem BioMVG-Alginat kultivierte Chondrozyten weisen die höchste Zellproliferation und Zellviabilität auf. BioMVG-Alginat könnte daher künftig in experimentellen und klinischen Studien vorrangig Anwendung finden.