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Fragestellung: Defekte der Gelenkfläche sind häufige Erkrankungen in Orthopädie, Traumatologie und Sportmedizin. Da Gelenkknorpel avaskulär ist, heilen größere Defekte nicht von selbst. Um die Therapie von Knorpeldefekten zu verbessern, ist eine eingehendere Erforschung für ein besseres Verständnis der Knorpelreparatur erforderlich. Dafür werden realistische Modelle benötigt, welche jedoch in vitro schwer realisierbar sind. Diese Studie präsentiert die Etablierung eines humanen osteochondralen Explantatmodells, an welchem die Behandlung eines Knorpeldefekts mit Biomaterialien oder Stammzellen studiert werden kann.

Methodik: Aus Femurkondylen von 17 Arthrosepatienten, die einen Kniegelenksersatz erhielten, wurden 61 zylinderförmige (Ø 10 mm) osteochondrale Explantate ausgestanzt.Es wurden 6 verschiedene Gruppen mit je 3 Explantaten untersucht: ohne Defekt, mit Defekt, Defekt + Fibrinkleber, Defekt + ChondroFiller^® (meidrix biomedicals GmbH), Defekt + Fibrinkleber + mesenchymale Stammzellen (MSCs), Defekt + ChondroFiller^® + MSCs.Die Defektsetzung erfolgte mittels Biopsiestanze (Ø 4 mm). Die Explantate wurden in ThinCert® Zellkultureinsätzen (Greiner Bio-One) mit getrennten Nährmedien für den subchondralen Knochen und den Gelenkknorpel für 7, 14 oder 21 Tage kultiviert.7 frische Explantate (d0) ohne Defekt dienten zum Vergleich. Nach der Kultur wurde die Zellviabilität (MTT-Assay) in den Explantaten, der DNA- (Hoechst Assay), Kollagen- (Hydroxyprolin Assay) und Glycosaminoglykan (GAG)-Anteil (DMMB Assay) des Knorpels mit ggf. vorhandener Defektfüllung untersucht und mit Explantaten mit leerem Defekt verglichen. Auch histologisch und fluoreszenzmikroskopisch wurden die Explantate untersucht.

Ergebnisse und Schlussfolgerung: Stoffwechselaktivität lebender Zellen konnte auch am Ende der Kultivierung nachgewiesen werden. Eine Kulturdauer von 14 Tagen erwies sich als optimal: der DNA- Anteil nahm nach 7 Tagen Kultur ab, um nach 14 Tagen vor allem in den Explantaten mit ChondroFiller^® tlw. auf das 2,4-fache anzusteigen, was für eine erfolgte Zellmigration sprechen könnte. Nach 21 Tagen nahm der DNA- Anteil allgemein wieder ab. Ein ähnlicher Trend zeigte sich auch beim Kollagenanteil, die Werte der Explantate mit ChondroFiller^® als auch mit MSCs waren gegenüber dem leeren Defekt erhöht, was auf eine erfolgte Differenzierung der MSCs hindeuten könnte. Auch die GAG-Konzentration war nach 14 Tagen in allen Gruppen gegenüber dem leeren Defekt generell erhöht. Außerdem bestand eine positive Korrelation zwischen DNA- und Kollagenanteil bei den Gruppen Defekt + ChondroFiller^® (p= 0,017) und Defekt + Fibrinkleber + MSC (p= 0,024).