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126. Kongress der Deutschen Gesellschaft für Chirurgie

Deutsche Gesellschaft für Chirurgie

28.04. - 01.05.2009, München

In vivo Analyse der Biokompatibilität und Vaskularisierung elastischer Polyurethan-Scaffolds für das Tissue Engineering

Meeting Abstract

  • corresponding author A. Strohe - Institut für Klinisch-Experimentelle Chirurgie, Universität des Saarlandes, Homburg/Saar, Deutschland
  • M.W. Laschke - Institut für Klinisch-Experimentelle Chirurgie, Universität des Saarlandes, Homburg/Saar, Deutschland
  • D. Eglin - AO Research Institute, Davos, Schweiz
  • S. Verrier - AO Research Institute, Davos, Schweiz
  • M. Alini - AO Research Institute, Davos, Schweiz
  • C. Scheuer - Institut für Klinisch-Experimentelle Chirurgie, Universität des Saarlandes, Homburg/Saar, Deutschland
  • M.D. Menger - Institut für Klinisch-Experimentelle Chirurgie, Universität des Saarlandes, Homburg/Saar, Deutschland

Deutsche Gesellschaft für Chirurgie. 126. Kongress der Deutschen Gesellschaft für Chirurgie. München, 28.04.-01.05.2009. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2009. Doc09dgch11174

doi: 10.3205/09dgch110, urn:nbn:de:0183-09dgch1105

Veröffentlicht: 23. April 2009

© 2009 Strohe et al.
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Gliederung

Text

Einleitung: Beim Tissue Engineering werden isolierte Zellen auf Scaffolds angesiedelt und vermehrt. Auf diese Weise werden dreidimensionale Gewebekonstrukte hergestellt, die in einen Gewebedefekt implantiert werden können. Zu diesem Zweck sollten die Scaffolds eine gute Biokompatibilität aufweisen. Zusätzlich sollten sie das schnelle Einwachsen neuer Blutgefäße ermöglichen, um das Überleben und die Funktion der Zellen im Gewebekonstrukt nach Implantation zu gewährleisten. Daher war es das Ziel der vorliegenden in vivo Studie, die Biokompatibilität und Vaskularisierung von neu entwickelten Polyurethan-Scaffolds für das Tissue Engineering zu analysieren. Durch das Einführen labiler Seitenketten in das Polyurethan besitzen diese Scaffolds elastische Eigenschaften, was ihre optimale Anpassung in komplexe Gewebedefekte ermöglicht.

Material und Methoden: Für die Untersuchungen wurde in 28 Balb/c Mäusen eine Rückenhautkammer präpariert, in die drei verschiedene Typen von Polyurethan-Scaffolds (~3 x 3 x 1mm) - PU-S (n=9), PU-M (n=9) sowie PU-F (n=10) - implantiert wurden. Mit Hilfe der Technik der intravitalen Fluoreszenzmikroskopie erfolgte anschließend die repetitive in vivo Analyse der Vaskularisierung der Scaffolds und der Leukozyten-Endothelzell-Interaktion in Venolen des umliegenden Empfängergewebes über einen Zeitraum von 14 Tagen. Zusätzliche histologische und immunhistochemische Untersuchungen gaben Aufschluss über die Inkorporation der Implantate in das Empfängergewebe sowie die Leukozyteninfiltration in das sich entwickelnde Granulationsgewebe innerhalb der Scaffold-Poren. Weiterhin wurde ein WST-1 Assay durchgeführt, um in vitro die Zytotoxizität der verschiedenen Scaffolds zu analysieren.

Ergebnisse: Im WST-1 Assay konnte gezeigt werden, dass alle drei Scaffold-Typen keine zytotoxischen Eigenschaften besitzen. Entsprechend wiesen die Scaffolds auch in den in vivo Experimenten eine hervorragende Biokompatibilität auf. Während des gesamten Beobachtungszeitraums von 14 Tagen nach Implantation der Scaffolds in die Rückenhautkammer befand sich die Zahl rollender und adhärenter Leukozyten in repräsentativen Venolen der Implantationsstelle im physiologischen Bereich (~17-21 Zellen/min und ~100-200 Zellen/mm²) ohne signifikante Unterschiede zwischen den Gruppen. Allerdings zeigte sich, dass die Implantation von PU-S, PU-M und PU-F nur eine schwache angiogene Reaktion des Empfängergewebes induzierte. Die funktionelle Kapillardichte neu gebildeter Gefäße am 14. Tag nach Implantation war nur ~47-60cm/cm² im Randbereich und ~3-10cm/cm² im Zentrum der Scaffolds. Die histologischen Analysen bestätigten die intravitalmikroskopischen Ergebnisse. Nach 14 Tagen war Granulationsgewebe in die Scaffold-Poren eingewachsen, das im Randbereich der Scaffolds nicht aber im Zentrum neu gebildete Blutgefäße aufwies. Innerhalb dieses Gewebes waren nur wenige infiltrierende Myeloperoxidase-positive Leukozyten nachweisbar.

Schlussfolgerung: Die vorliegende Studie zeigt, dass die neuen elatischen Polyurethan-Scaffolds PU-S, PU-M und PU-F eine hervorragende Biokompatibilität aufweisen. Sie eignen sich daher in besonderem Maße zur Herstellung von Tissue Engineering Konstrukten, die keine starke Entzündungsreaktion nach Implantation im Patienten hervorrufen. Allerdings sollten die Scaffolds zukünftig noch weiter modifiziert werden, um den Prozess der Vaskularisierung zu beschleunigen und zu verbessern.