gms | German Medical Science

Studienziel: Der Ersatz zerstörter Gewebe und Organe mittels Tissue Engineering wird in den kommenden Jahrzehnten eine überragende Bedeutung erlangen. Für die Synthese biologischer Regenerate ist der Einsatz von Trägermatrices eine wesentliche Voraussetzung. Ziel der Entwicklungsarbeit ist die Herstellung biologisch aktiver Matrices, um auf diesem Wege die Gewebsentwicklung direkt beeinflussen zu können. Hier bietet der Einsatz von elektrogesponnenen Nanofasern eine interessante Perspektive. Zielstellung der Arbeit war die Untersuchung elektrogesponnener Nanofasern aus verschiedenen polymeren Verbindungen hinsichtlich ihrer Eignung als Trägermatrix für Tissue Engineering-Applikationen. Material und

Methode: Als Trägermatrices wurden sechs verschiedene Polymere (Poly-L-lactid, Polycaprolacton, Poly-DL-lactid-co-caprolacton, Poly-DL-lactid, Poly-DL-lactid-co-glycolid, Poly-3-hydroxybuttersäure-co-3-hydroxyvaleriansäure) auf der Basis elektrogesponnener Nanofasern verwandt. Diese wurden mit humanen mesenchymalen Stammzellen (hMSC) beimpft und im Anschluss an eine Proliferationszeit osteogen differenziert. Zur Kontrolle wurden hMSC ohne Fasern kultiviert. In einer zweiten Referenzgruppe erfolgte die weitere Kultur der hMSC auf den unterschiedlichen Matrices, allerdings ohne osteogene Differenzierung. Insgesamt wurden die hMSC über einen Zeitraum von 22 Tagen differenziert. Die Auswertung der Zell-Matrix-Komposite erfolgte mit Hilfe der Rasterelektronen- und Immunfluoreszenzmikroskopie. Des weiteren wurden die Konzentrationen der in regelmäßigen Abständen entnommen Kulturmediumproben von Osteoprotegerin (OPG), sowie Osteocalcin mittels ELISA bestimmt.

Ergebnisse: Die Immunfluoreszenzfärbung der osteogenen Differenzierungsprodukte Osteocalcin, Osteopontin, Kollagen-I, und knochenspezifische alkalische Phosphatase zeigte die erfolgte osteogene Differenzierung der humanen Stammzellen auf den Fasermatten. In der rasterelektronenmikroskopischen Untersuchung konnte für beide Zell-Differenzierungstypen eine deutlich dreidimensionale Besiedelung der Matrix festgestellt werden. Die quantitative Bestimmung der Osteoprotegerin-Konzentration im Mediumüberstand (ELISA) zeigte signifikante Unterschiede im Verlauf der osteogenen Differenzierung. Interessanterweise fanden sich auch deutliche Unterschiede in der OPG- Sekretion zwischen den untersuchten Polymeren.

Schlussfolgerung: Elektrogesponnene Nanofasern stellen aufgrund der in weitem Umfang modifizierbaren geometrischen und physiko-chemischen Eigenschaften eine nahezu ideale Matrix für Tissue Engineering - Anwendungen dar. Unsere Untersuchungen konnten zeigen, dass derartige Matrices problemlos mit hMSC besiedelt werden können, dass jedoch in Abhängigkeit der eingesetzten Polymere deutliche Unterschiede in der osteogenen Differenzierung der Zellen festzustellen sind. Insofern muss die Eignung einzelner, auch derzeit kommerziell eingesetzter, Biomaterialien kritisch geprüft werden.