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Fragestellung: Die Therapie von Knorpeldefekten mittels Tissue Engineering stellt aufgrund der schlechten Regenerationsfähigkeit des Knorpelgewebes eine besondere Herausforderung dar. Biomaterialien für das chondrale Tissue Engineering sollten eine hohe Druckstabilität aufweisen und die chondrogene Differenzierung eingebrachter Zellen unterstützen, um eine funktionale Knorpelmatrix zu erzeugen. Das elektrostatische Flockverfahren, welches in der Textilindustrie seit langem großtechnisch angewendet wird, lässt sich auch zur Herstellung neuartiger Scaffolds einsetzen. Damit können Scaffolds mit definierter Porengröße und anisotropen Eigenschaften hergestellt werden, die aufgrund ihrer parallelen Faserausrichtung und Druckfestigkeit die Chondrogenese unterstützen. Ziel der vorgestellten Studie ist es, biologisch abbaubare und druckelastische Flockscaffolds auf der Basis des biokompatiblen Biopolymers Chitosan herzustellen. Die entwickelten Scaffolds sollen hinsichtlich ihrer Biokompatibilität untersucht werden und die Chondrogenese humaner mesenchymaler Stammzellen (hMSC) charakterisiert werden.

Methodik: Zur Herstellung der Flockscaffolds wurden Chitosanfasern in einem Nassspinnverfahren hergestellt, geschnitten und anschließend in einem elektrostatischen Feld auf eine Chitosanmembran geflockt.

Zur Überprüfung der Biokompatibilität wurden hMSC direkt und indirekt mit den Chitosanscaffolds inkubiert. Anhand der Messung der Lactatdehydrogenaseaktivität erfolgte die Bestimmung der Zellzahl. Zur chondrogenen Differenzierung wurden hMSC in ein Hydrogel eingebettet und in Kombination mit den Chitosanscaffolds kultiviert. Die Analyse chondrogener Marker erfolgte auf RNA- und Proteinebene. Die Morphologie der Zellen wurde durch mikroskopische Methoden beurteilt.

Ergebnisse und Schlussfolgerung: Die nassgesponnenen Chitosanfasern konnten erfolgreich im Flockverfahren eingesetzt werden und führten so zur Entwicklung von mechanisch stabilen und leicht handhabbaren Scaffolds. Faserlänge und Faserdichte bzw. Porosität konnten durch Veränderung der Prozessparameter gezielt angepasst werden. Die Scaffolds zeigten in vitro keine zytotoxischen Effekte. Bei der direkten Kultivierung von hMSC mit den Chitosanscaffolds adhärierten die Zellen an den Chitosanfasern. Die Zellzahl nahm über eine Kultivierungszeit von 2 Wochen kontinuierlich zu. Wurden hMSC in Kombination mit Hydrogelen in die Chitosanscaffolds eingebracht und unter chondrogener Stimulation kultiviert, konnte nach 21 Tagen der chondrogene Phänotyp der Zellen nachgewiesen werden.

Durch die Verarbeitung von Chitosan wurden erstmals vollständig biologisch abbaubare Flockscaffolds hergestellt und damit ein Scaffoldtyp entwickelt, der sich aufgrund seiner Struktur und Materialeigenschaften für die Regeneration von Knorpelschäden mittels Tissue Engineering eignet.

Die Verwendung Chitosan-basierter Flockscaffolds ist - auch aufgrund der nachgewiesenen Zytokompatibilität - ein vielversprechender Ansatz zur Knorpelregeneration im Tissue Engineering.