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Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie
74. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Unfallchirurgie
96. Tagung der Deutschen Gesellschaft für Orthopädie und Orthopädische Chirurgie
51. Tagung des Berufsverbandes der Fachärzte für Orthopädie und Unfallchirurgie

26. - 29.10.2010, Berlin

Entwicklung eines Verfahrens zur Inkorporation von Osteoblasten in 3D-Nanofasermatrices mittels koaxialem Elektrospinnen zur Herstellung von vitalem Knochenersatzgewebe

Meeting Abstract

  • M.D. Schofer - Universitätsklinikum Gießen und Marburg GmbH, Klinik für Orthopädie und Rheumatologie, Marburg, Germany
  • F. Mack - Universitätsklinikum Gießen und Marburg GmbH, Klinik für Orthopädie und Rheumatologie, Marburg, Germany
  • H. Schenderlein - Universitätsklinikum Gießen und Marburg GmbH, Klinik für Orthopädie und Rheumatologie, Marburg, Germany
  • C. Theisen - Universitätsklinikum Gießen und Marburg GmbH, Klinik für Orthopädie und Rheumatologie, Marburg, Germany
  • S. Fuchs-Winkelmann - Universitätsklinikum Gießen und Marburg GmbH, Klinik für Orthopädie und Rheumatologie, Marburg, Germany
  • J.R. Paletta - Universitätsklinikum Gießen und Marburg GmbH, Klinik für Orthopädie und Rheumatologie, Marburg, Germany

Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie. 74. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Unfallchirurgie, 96. Tagung der Deutschen Gesellschaft für Orthopädie und Orthopädische Chirurgie, 51. Tagung des Berufsverbandes der Fachärzte für Orthopädie. Berlin, 26.-29.10.2010. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2010. DocEF19-634

DOI: 10.3205/10dkou073, URN: urn:nbn:de:0183-10dkou0732

Veröffentlicht: 21. Oktober 2010

© 2010 Schofer et al.
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Gliederung

Text

Fragestellung: Der Ersatz zerstörter biologischer Strukturen mittels Tissue Engineering hat in den letzten Jahren erheblich an Bedeutung gewonnen. Unter den verschiedenen Biomaterialien stellen elektrogesponnene Poly-L-Lactid (PLLA)-Nanofasern einen viel versprechenden Ansatz dar. In vorangegangenen Studien konnte gezeigt werden, dass sich solche Konstrukte durch Wachstumsfaktoren und Bestandteile der extrazellulären Matrix funktionalisieren lassen und zur Herstellung künstlichen Knochens geeignet sind. Ein Problem, besonders bei der Herstellung großer vitaler Knochenersatzstücke, ist die Besiedelung der Matrices mit Zellen. Ziel dieser Studie war es ein Verfahren zu entwickeln, bei welchem die Zellen direkt in die Nanofaser Scaffolds eingesponnen werden.

Methodik: Zur direkten Inkorporation von MG63-Zellen wurde ein koaxiales Spinnverfahren verwendet, welches das Elektrospinnen von Nanofasern mit dem Elektrospraying von Zellen kombiniert. In Abhängigkeit der Spannung, des Elektrodenabstandes, der Zellzahl und des verwendeten Polymers (PLLA; PLLA-Kollagen) wurden zellhaltige, 3-dimensionale Scaffolds entwickelt und über einen Zeitraum von 22 Tagen inkubiert. Der Einfluss des Elektrospraying auf die Überlebensraten der MG63 Zellen wurden mittels FDA-Färbung bestimmt. Der Einfluss des Verfahrens auf die Aufrechterhaltung des osteoblastären Phänotyps wurde anhand der Genexpression von alkalischer Phosphatase (ALP), Kollagen-I (COLI) Osteocalcin (OC) und BMP-2 analysiert. Die Besiedung der Scaffolds wurde an Paraffinschnitten mittels Masson Goldner Färbung und rasterelektronenmikroskopisch untersucht.

Ergebnisse und Schlussfolgerungen: Die hergestellten Scaffolds enthielten initial 335 und 525 lebende Zellen/mm2, was einer Überlebensrate von 55% bis 66% entsprach. Hierbei hatten der Elektroden-Abstand und die eingesetzte Zelldichte, nicht aber die angelegte Spannung einen Einfluss auf das Überleben der Zellen. Nach einer Kultivierung über 22 Tage konnten lebende Zellen sowohl auf als auch im Scaffold nachgewiesen werden. Während der frühen Phase der Kultivierung wurde eine geringfügig erhöhte Genexperssion von COLI und OC gefunden. Die Expression von BMP-2 hingegen war hier, abhängig vom verwendeten Polymer, um das 10- bis 30-fache erhöht.

Die Zelllinie MG63 überlebt das Elektrospraying und lässt sich auf diese Weise in Nanofaser Scaffolds direkt während des Herstellungsprozesses einbringen. Dabei hat das Verfahren keinen negativen Einfluss auf die Aufrechterhaltung des osteoblastären Phänotyps. Sollten weitere Studien bestätigen dass auch primäre Stammzellen den Prozess überleben und nicht in ihrer Differenzierung beeinflusst werden, steht hiermit ein Verfahren zur Verfügung, durch welches zellhaltige Scaffolds hergestellt werden können.