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Bioaktiv funktionalsierbare Hydrogele für die Rekonstruktion von Weichteildefekten mit mesenchymalen Stammzellen aus dem Fettgewebe
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Veröffentlicht: | 28. September 2015 |
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Fragestellung: Die Wiederherstellung von Weichteildefekten unter dem Aspekt der Narbenminimierung und Anwendbarkeit in ästhetisch schwierig zu rekonstruierenden Bereichen erfordert die Möglichkeit der subkutanen Geweberegeneration. Aktuell sind die Möglichkeiten der Herstellung eines langzeitstabilen Fettgewebekonstrukts mit Methoden des Tissue Engineering noch eingeschränkt. Das übergeordnete Ziel dieses Projektes ist daher die Etablierung einer neuartigen Plattform von biomimetischen Hydrogelen auf Hyaluronsäure(HA)-Basis zur Fettgewebeentwicklung. Ziele dieser Arbeit waren die Herstellung von zellbeladenen HA-Hydrogelen mit verschiedenen Crosslinkern, erste Untersuchungen zur Modifizierbarkeit mit biomimetischen Peptiden und die Charakterisierung der Adipogenese humaner mesenchymaler Fettgewebestammzellen (hASC) in diesen Gelen in vitro.
Methodik: Thiol-modifizierte HA wurde entweder mit verschiedenen Acrylat-funktionalisierten Polyethylenglykolen [4-Arm (PEGTA), 8-Arm (PEGOA)] oder mit Polyglycidol(PG)-Derivaten vernetzt. Zusätzlich wurden biomimetische Peptide (YIGSR, IKVAV aus Laminin; RGD) durch Kopplung an PEG oder PG in die Gele inkorporiert. Die Hydrogele wurden mit 8x105 hASC pro 40µl besiedelt und die Zellen für 21 Tage adipogen induziert. Die Adipogenese wurde histologisch mittels Triglyceridfärbung, durch quantitative biochemische Analytik des Triglycerid- und DNA-Gehaltes sowie auf mRNA-Ebene analysiert. Zusätzlich wurde die Morphologie der hASC durch immunhistochemische Färbung des Zytoskeletts untersucht.
Ergebnisse und Schlussfolgerung: Die unmodifizierten Gele waren jederzeit form- und größenstabil und wiesen eine homogene Zellverteilung auf. Über den Zeitraum von 21 Tagen kam es zu einer limitierten Reduktion der Zellzahl, vor allem in den HA-PEG-Gelen. Insbesondere in den HA-PG-Gelen konnte eine deutlich ausgeprägte Adipogenese visualisiert und biochemisch nachgewiesen werden. Die inkorporierten Peptide führten dosisabhängig zu veränderter Zellmorphologie und z.T. leichter Gelkontraktion. Eine direkte Korrelation zwischen den Konzentrationen der Peptidsequenzen und der Adipogenese konnte bisher nicht beobachtet werden. Die Ergebnisse zeigen bereits die generelle Eignung insbesondere der HA-Polyglycidol-Hydrogele für das Tissue Engineering von Fettgewebe. Die weitere Biofunktionalisierung mit adipogenen Peptidsequenzen ist Gegenstand laufender Untersuchungen, um das klinische Potenzial der Materialien weiter zu optimieren.