gms | German Medical Science

Einleitung: Für den Gewebeersatz durch Tissue Engineering werden synthetisch hergestellte Kunststoff-Scaffolds als Matrix genutzt, die mit Zellen besiedelt und so als Gewebekonstrukt implantiert werden können. Entscheidend für den klinischen Erfolg dieser Methode ist neben einer entzündungsarmen Inkorporation die rasche Vaskularisierung der Scaffolds nach Implantation. Nur auf diese Weise kann eine dauerhafte Vitalität und Funktionalität der implantierten Gewebekonstrukte erreicht werden. Trotz großer Fortschritte im Bereich der Materialforschung konnte bisher jedoch noch kein ideales Scaffold entwickelt werden, das diese Eigenschaften optimal erfüllt. Um herkömmlich genutzte Scaffold-Biomaterialien besser charakterisieren zu können, verwendeten wir in der vorliegenden Studie das Modell der Rückenhautkammer, welches die in vivo Analyse der inflammatorischen und angiogenen Gewebereaktion auf implantierte Scaffolds ermöglicht.

Material und Methoden: Bei 22 balb/c Mäusen wurde eine Rückenhautkammer präpariert, in die 48 Stunden später entweder PLGA- (n=8) oder Hydrogel-Scaffolds (n=7) implantiert wurden. Rückenhautkammern ohne Scaffold-Einlage dienten als Kontrolle (n=7). Zur Beurteilung der Biokompatibilität und Inkorporation der verwendeten Scaffolds wurde anschließend mit Hilfe der intravitalen Fluoreszenzmikroskopie die mikrovaskuläre Gefäßpermeabilität und die venuläre Leukozyten-Endothelzell-Interaktion sowie die Angiogenese über einen Zeitraum von 14 Tagen quantitativ analysiert.

Ergebnisse: Die Implantation von PLGA-Scaffolds führte zu einer inflammatorischen Reaktion des Empfängergewebes mit signifikanter Steigerung der Zahl adhärenter (Tag 6, 210±32 Zellen/mm²) und rollender (Tag 6, 18±2 Zellen/min) Leukozyten in postkapillaren Venolen und Sammelvenolen im Bereich der Scaffolds im Vergleich zu den Kontrolltieren (40±10 Zellen/mm² und 5±1 Zellen/min; p<0,05). Diese zelluläre Entzündungsreaktion ging mit einer Erhöhung der Gefäßpermeabilität (Tag 6, PLGA: 0,68±0,01 vs Kontrolle: 0,45±0,03; p<0,05) einher, was auf eine gestörte Endothelzellintegrität hinweist. Erste Zeichen der Angiogenese konnten bereits am 3. Tag nach Implantation der PLGA-Scaffolds nachgewiesen werden. Diese waren charakterisiert durch kapillare Gefäßaussprossungen, die in die Scaffolds einwuchsen und bis zum 14. Tag ein dichtes, mikrovaskuläres Netzwerk bildeten. Histologisch konnte die Ausbildung eines gut vaskularisierten Granulationsgewebes nachgewiesen werden, das zu einer adäquaten Inkorporation der PLGA-Scaffolds im Empfängergewebe führte. Im Gegensatz dazu wurden Hydrogel-Scaffolds während der Beobachtungszeit nicht vaskularisiert. Außerdem verursachten Hydrogel-Scaffolds im Vergleich zu den PLGA-Scaffolds eine deutlich stärkere Entzündungsreaktion (Tag 6, 393±58 Zellen/mm² und 34±5 Zellen/min; mikrovaskuläre Gefäßpermeabilität: 0,86±0,02; p<0,05).

Schlussfolgerung: Die Rückenhautkammer in balb/c Mäusen stellt ein ideales Modell dar, um die inflammatorische und angiogene Gewebereaktion auf Scaffold-Biomaterialien in vivo zu untersuchen. In der vorliegenden Studie konnten wir damit zeigen, dass PLGA-Scaffolds im Vergleich zu Hydrogel-Scaffolds durch eine wesentlich bessere Biokompatibilität mit einer signifikant reduzierten Entzündungsreaktion gekennzeichnet sind. Des Weiteren fördert PLGA das Einwachsen von neuen Blutgefäßen, was nach 14 Tagen zu einer guten Inkorporation des implantierten Biomaterials im Empfängergewebe führt.