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Herstellung eines osteogenen Polycaprolacton-Stammzell-Hydrogel Konstruktes für die Rekonstruktion segmentaler Knochendefekte
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Autoren
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J. Reichert
- Sektion Tissue Engineering, Universität Würzburg, Würzburg, Germany
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A. Heymer
- Sektion Tissue Engineering, Universität Würzburg, Würzburg, Germany
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M. Weber
- Sektion Tissue Engineering, Universität Würzburg, Würzburg, Germany
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U. Nöth
- Sektion Tissue Engineering, Universität Würzburg, Würzburg, Germany
| Veröffentlicht: | 28. September 2006 |
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Gliederung
Text
Fragestellung: Einen viel versprechenden Ansatz für die Rekonstruktion segmentaler ossärer Defekte bietet das Einbringen eines mit humanen mesenchymalen Stammzellen (hMSZ) besiedelten ε-Polycaprolacton (PCL)-Scaffolds in den knöchernen Defekt. Durch Verwendung eines Kollagen-Typ-I-Hydrogels (Ars Arthro AG, Esslingen) können die hMSZ homogen im Scaffold verteilt werden.
Methoden: Humane mesenchymale Stammzellen, isoliert aus dem Knochenmark, wurden nach Expansion in einer Konzentration von 7,5x105 Zellen/ml Gel in Kollagen-Typ-I-Hydrogele eingebracht. In einem speziellen Differenzierungsmedium mit 50 µg/ml Ascorbat, 10 mM β-Glycerophosphat, 10-8 M Dexamethason und 30 ng/ml BMP-2 wurde die osteogene Differenzierung über 42 Tage induziert. Als Kontrolle dienten mit DMEM/F-12 und 10% FCS kultivierte hMSZ-Gele gleicher Zelldichte. Die Gele wurden anschließend histologisch und mittels RT-PCR aufgearbeitet. Unter Verwendung von hMSZ, Kollagen-Typ-I-Hydrogel und einem mit Rapid Prototyping hergestellten ε-Polycaprolacton-Scaffold (Dr. Schantz/Dr. Hutmacher, Singapur) wurde in vitro ein Konstrukt zum segmentalen Knochenersatz beim Kaninchen hergestellt.
Ergebnisse: Unter dem Einfluss von osteogenem Differenzierungsmedium wiesen die Zellen einen positiven Färbenachweis in der Alizarin-Rot-Färbung und ein überwiegend osteogenes Gen-Expressionsmuster (Kollagen Typ I, ALP, Osteokalzin, CBFA-1) auf. Durch die Kombination eines mittels Fused Deposition Modelling (FDM) hergestellten PCL-Scaffolds mit Kollagen-Typ-I-Hydrogel und hMSZ konnte so ein Konstrukt zur Regeneration segmentaler Knochendefekte hergestellt werden. Zellen kultiviert in DMEM/F-12 und 10% FCS zeigten teilweise eine spontane Differenzierung in Chondrozyten-ähnliche Zellen, jedoch ohne Nachweis chondrogener oder osteogener Markergene.
Schlussfolgerung: HMSZ, kultiviert in Kollagen-Typ-I-Hydrogelen, können unter Einfluss entsprechender Wachstumsfaktoren osteogene, mineralisierte Matrix bilden. Durch Suspension von Zellen im Kollagen-Typ-I-Hydrogel kann eine optimale Verteilung mit homogener Auffüllung der Zwischenräume im Scaffold erzielt werden.
