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Fragestellung: Die mechanischen und biologischen Eigenschaften von Knorpelzellregeneraten können durch mechanische Stimulation verbessert werden. Bislang existiert jedoch kein Bioreaktor, der die Bewegung des menschlichen Kniegelenks simuliert. Hierfür nötig ist die Verwendung eines Trägermaterials mit möglichst knorpelähnlichen Eigenschaften zur Aufnahme eines zellbesiedelten Konstrukts. Ziel des Projektes ist die Charakterisierung von PVA als Gelenkoberflächenmaterial, um die spätere Untersuchung zellbesiedelter Matrices unter möglichst physiologischen Bedingungen in einem Kniegelenksimulator zu ermöglichen.

Methodik: Standardisierte Prüfkörper aus unterschiedlichen Konzentrationen von PVA (Polyvinylalkohol), teilweise mit einem Zusatz von PVP (Polyvinylpyrrolidon), wurden in Zug- und Druckversuchen mechanisch charakterisiert und mit nativem Knieknorpel verglichen. Um ein naturgetreues Modell eines Kniegelenks zu erhalten, wurde zunächst das Kniegelenk eines Kadaverpräparats präpariert. Sowohl von der femoralen als auch von der tibialen Gelenkfläche wurden Silikonabgussformen erstellt. Anschließend wurde der Gelenkknorpel durch Chondrolyse restlos entfernt. Mittels Gießharz und erneuten Abgussformen wurden Modelle der nun rein knöchernen Gelenkanteile erstellt. Diese wurden in eine Halterung eingespannt und in den vor Chondrolyse erstellten Silikonformen mit PVA/PVP-Hydrogel überzogen. Die mechanischen Eigenschaften des Hydrogels wurden durch mehrfache Einfrier- und Auftauzyklen optimiert. Anschließend wurden die Gelenkflächen wieder zusammengesetzt und in eine Materialprüfmaschine eingespannt.

Ergebnisse und Schlussfolgerungen: Eine Konzentration von 5% PVA/1% PVP erwies sich in den Vorversuchen als dem nativen Knorpel am Ähnlichsten. Durch die Verwendung der vor Chondrolyse erstellten Silikonformen konnte eine naturgetreue Gelenkoberfläche nachgebildet werden. Das PVA/PVP-Hydrogel konnte fest auf der Oberfläche der nachgeformten knöchernen Gelenkanteile verankert werden. Die Materialeigenschaften des Hydrogels konnten durch Einfrier- und Auftauzyklen soweit verändert werden, dass eine knorpelähnliche Gelenkoberfläche entstand. Ein mit PVA/PVP-Hydrogel überzogener Knochenabguss ermöglicht durch Verwendung eines naturgetreuen Silikonabdrucks der Knorpeloberfläche die Konstruktion eines realitätsnahen Kniegelenks. Die Hydrogel-Oberfläche kann so präpariert werden, dass an einer beliebigen Stelle ein Knorpelzellregenerat eingesetzt werden kann. Durch Verwendung einer Materialprüfmaschine zur Testung von Kniegelenks-Endoprothesen können kontinuierliche Lastwechsel simuliert werden, wie sie unter physiologischen Bedingungen vorkommen.