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Fragestellung: Aktuelle Techniken des Tissue Engineerings von hyalinem Knorpel konzentrieren sich auf Defekte einer Größe von etwa 3 cm². Allerdings haben auch kleinere Knorpeldefekte, die üblicherweise mit konventionellen Techniken behandelt werden oder gänzlich unbehandelt bleiben, das Potential, degenerative Veränderungen herbeizuführen. Hier stellen wir einen zellfreien Kollagen Typ-I Gel Plug vor, mit dem kleine Defekte des hyalinen Knorpels behandelt werden können.

Methodik: Ein zellfreier Kollagen Typ-I Gel Plug mit einem Durchmesser von 1 cm² wurde in einer Petrischale mit zellbesiedeltem Kollagen-Gel einer Konzentration von 2x10e5 Zellen/ml Gel umgossen. Verwendet wurden humane arthrotische Chondrozyten, die im Zuge der Knieendoprothetik zur Verfügung standen. Nach dem Gelieren wurden die Proben unter Standardbedingungen für bis zu 6 Wochen in-vitro kultiviert. Nach der Rückgewinnung wurden die Zellmigration sowie die Produktion wichtiger Matrixkomponenten wie Kollagen Typ-II histologisch bzw. immunhistochemisch untersucht. Die Genexpression der korrespondierenden Gene wurde mittels real-time PCR quantifiziert. Weiterhin wurden Defekte in humanen osteochondralen Blöcken mit dem zellfreien Plug behandelt und die Blöcke im Folgenden für 6 Wochen subkutan in der Nacktmaus kultiviert. Die Beurteilung des Regeneratgewebes erfolgte sowohl makroskopisch als auch durch histologische Färbungen.

Ergebnisse und Schlussfolgerungen: Unmittelbar nach Beginn der in-vitro Kultivierung konnte eine Migration in den Plug beobachtet werden, nach 4 Wochen war der ursprünglich zellfreie Plug homogen mit Chondrozyten durchsetzt. Die Zellmorphologie, Proteinproduktion und Genexpression der den Plug bevölkernden Zellen entsprachen denen des umgebenden Gels. Die Kultivierung der osteochondralen Blöcke in der Nacktmaus führte nach 6 Wochen zu einem makroskopisch sehr guten Regeneratgewebe. Allerdings zeigten die histologischen Färbungen, dass der Plug in diesem in vivo Modell nach 6 Wochen noch nicht komplett mit Zellen durchsetzt war. Die Anbindung des Plugs an den Umgebungsknorpel war hingegen ausgezeichnet, die immunhistochemischen Färbungen ergaben eine starke Produktion von Kollagen Typ-II, die auf den perizellulären Raum begrenzt war.

Der vorgestellte zellfreie Kollagen-Gel Plug induziert in-vitro die Migration der Chondrozyten, in vivo führt er im Nacktmausmodell zu einem makroskopisch sehr guten Geweberegenerat mit beginnendem Remodeling. Der potentiell arthroskopisch implantierbare Plug könnte in Zukunft eine Option bei der Behandlung fokaler Knorpeldefekte darstellen.