gms | German Medical Science

Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2012)

23.10. - 26.10.2012, Berlin

Sofortige versus verzögerte biomechanische Belastung in primären versus passagierten 3-D kultivierten Chondrozyten zu verschiedenen Zeitpunkten während des Bioreaktor Tissue Engineering

Meeting Abstract

  • presenting/speaker Gian M. Salzmann - Klinikum der Albert-Ludwigs-Universität, Department Orthopädie und Traumatologie, Freiburg i.Br., Germany
  • Ning Wang - Albert-Ludwigs-Universität, Universitätsklinikum Freiburg, Department Orthopädie & Unfallchirurgie, Freiburg, Germany
  • Philipp Niemeyer - Klinikum der Albert-Ludwigs-Universität Freiburg, Department Orthopädie und Traumatologie, Freiburg, Germany
  • Sibylle Grad - AO Forschungsinstitut, Biochemie & Zellbiologie, Davos Platz, Switzerland
  • Martin Stoddart - AO Forschungsinstitut, Biochemie & Zellbiologie, Davos-Platz, Switzerland
  • Mauro Alini - AO Forschungsinstitut, Davos-Platz, Switzerland
  • Norbert P. Südkamp - Albert-Ludwigs-Universität, Universitätsklinikum Freiburg, Department Orthopädie und Traumatologie, Freiburg, Germany

Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2012). Berlin, 23.-26.10.2012. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2012. DocGR19-665

DOI: 10.3205/12dkou487, URN: urn:nbn:de:0183-12dkou4873

Veröffentlicht: 2. Oktober 2012

© 2012 Salzmann et al.
Dieser Artikel ist ein Open Access-Artikel und steht unter den Creative Commons Lizenzbedingungen (http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/deed.de). Er darf vervielfältigt, verbreitet und öffentlich zugänglich gemacht werden, vorausgesetzt dass Autor und Quelle genannt werden.


Gliederung

Text

Fragestellung: In der Verwirklichung von klinischer autologer Chondrozytentransplantation (ACT) besteht bis heute kein Standard was einfache Zellkulturparameter, wie in vitro Zeit oder Passagezahl, angeht. Die Studienlage zeigt, dass diese Parameter jedoch einen signifikanten Einfluss auf die Chondrogenese haben können. Ziel dieser experimentellen Arbeit war der Vergleich verschiedener Zellkulturparameter in einer simulierten ACT Situation in einem Bioreaktor.

Methodik: Bovine, artikuläre Chondrozyten wurden entweder direkt nach enzymatischer Digestion oder im Rahmen der dritten Passage auf dreidimensionale PU Matrices kultiviert. Diese Zell-Matrix-Konstrukte wurden entweder direkt nach Besiedelung einer Kniegelenks-typischen, physiologischen Belastung in einem Bioreaktor (0.2 mm Vorlast; dynamische sinusoidale Oszillation 0.6mm±0.2mm; Oberflächenreibung±25° und 1Hz in Phasendifferenz für 2 x 1h jeden 2. Tag), zur Simulation einer klinischen ACT-Situation, ausgesetzt oder zunächst für 2 Wochen in free-swell Kultur belassen und hiernach mechanisch belastet. Die Konstrukte wurden entweder für 2 oder für 4 Wochen in vitro getestet. Hiermit enstanden insgesamt zehn verschiedene Gruppen. Jede Gruppe wurde pro Experiment 3-fach angelegt und als Ganzes 3 Mal wiederholt. Zur Gewebeanalyse wurden GAG, DNA sowie die Genexpression (RT-PCR) von Collagen 1, 2, COMP; PRG-4, Aggrecan bestimmt. Zudem wurden histologische (Toluidin Blau) und immunhistochemische (Kollagen Typ 1, 2) Schnitte angefertigt.

Ergebnisse und Schlussfolgerungen: Die mechanische Stimulation im Bioreaktor induzierte grundsätzlich eine milde Chondrogenese, welche sich an erhöhtem GAG/DNA, Collagen Typ 2, Aggrecan, COMP und PRG-4 sowie einer dichteren extrazellulären Matrix mit einem höheren Gehalt an Collagen Typ 2 nachweisen liess. Zell-Matrix Konstrukte, welche mit primären Chondrozyten besiedelt worden waren, zeigten eine effektivere Chondrogenese als Konstrukte mit passagierten Chondrozyten. Des weiteren war die Chondrogenese in Konstrukten, welche zunächst für zwei Wochen in free-swell kultiviert wurden, effektiver als die Chondrogenese in Konstrukten, welche direkt nach Besiedelung mechanisch belastet wurden. Demnach hatten Konstrukte, welche mit primären Chondrozyten zunächst für zwei Wochen in vitro präkultiviert wurden, bevor die Belastung im Bioreaktor initiiert wurde, den höchsten Gehalt an GAG/DNA, Collagen Typ 2, Aggrecan, COMP und PRG-4.

Die Arbeit zeigt, dass bereits durch Veränderung einfacher zellulärer Parameter signifikant unterschiedliche Gewebsrekationen hervorgerufen werden können. Währenddem die Verwendung von primären Chondrozyten in einer klinischen Situation nicht praktikabel ist, konnte nachgewiesen werden, dass sich eine Präkultivierungszeit in vitro, vor einer potentiellen in vivo Anwendung, als effektiver erweist als direkte Implantation. Diese Ergebnisse sind vor allem interessant in der Verwirklichung von Matrix-assoziierten ACT-Techniken.