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Einleitung: Trägermaterialien bestimmen Form und mechanische Stabilität von tissue engineertem Knorpelgewebe. Wir konnten kürzlich zeigen, dass Chondrozyten in zweidimensionalen Systemen in Abhängigkeit von den mechanischen Eigenschaften der Trägersubstanzen ihre Differenzierung verändern. Da jedoch dreidimensionale Bedingungen für die in vivo Situation ausschlaggebend sind, wurde jetzt ein dreidimensionales Modell entwickelt, um den Einfluss der Matrixbiomechanik auf die Differenzierung von Chondrozyten in 3-D analysieren zu können.

Methoden: Agarose wurde zur Verbesserung der Adhäsion mit RGD in unterschiedlichen Konzentrationen versetzt. Unterschiedliche Agarosegehalte wurden für die Variation des Elastizitätsmoduls eingesetzt. Porcine Chondrozyten wurden in diesen Gelen für 2 Wochen kultiviert. Die Differenzierung wurde über den Glykosaminoglykan (GAG)- und Zellgehalt bestimmt, darüber hinaus wurden Immunfluoreszenz-Färbungen für Kollagen I und II durchgeführt, sowie Adhäsion und Proliferation analysiert.

Ergebnisse: Der Zell- und GAG-gehalt stieg in allen Gelen im Laufe der Beobachtungszeit an, jedoch enthielten weichere Gele signifikant mehr Zellen, wiesen einen höheren GAG-Gehalt auf und bildeten größere Kollagen II positive Cluster aus als festere Gele. Der RGD-Zusatz hatte keinen Einfluss auf Proliferation und Matrixproduktion.

Schlussfolgerung: Diese Studie etablierte ein reproduzierbares, dreidimensionales Gelsystem, in dem durch unterschiedlichen Agarosegehalt die mechanischen Eigenschaften gezielt verändert werden können. Da die Chondrozyten in Hydrogelen sehr rasch eine eigene perizelluläre Matrix produzieren, ist der Einfluss der Adhäsionsstellen und der Biomechanik gering.

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