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Fragestellung: Die beim Tissue Engineering von Knieknorpel zum Einsatz kommenden zellbesiedelten Biomaterialien können durch eine Reihe von Stimulantien in ihrer Regenerationsfähigkeit verbessert werden, eine davon ist zyklische Druckbelastung. Während der angelegte Druck genau bestimmt werden kann, ist die Messung des tatsächlich im Regenerat einwirkenden Drucks schwierig. Hier stellen wir einen Bioreaktor vor, mit dem die tatsächlich im Regenerat einwirkenden Kräfte bestimmt werden können.

Methodik: Entwickelt wurde ein Bioreaktor für die mechanische Stimulation zellbesiedelter Matrizes. Die zyklische Kraftübertragung auf die Probe erfolgt über eine durch eine Welle angetriebene Exzenterscheibe, die auf einen Stempel einwirkt. Aufgrund seiner geringen Abmessungen kann der Bioreaktor bei 37°C und feuchter Atmosphäre im Brutschrank betrieben werden, ein Gasaustausch wird über angeschlossene Sterilfilter vermittelt. Die einwirkenden Kräfte können über die verwendete Exzenterscheibe reguliert werden, eine angeschlossene Kraftmessdose ermittelt die unterhalb der Probe tatsächlich zu messenden Kräfte, die über die gesamte Kultivierungsdauer aufgezeichnet werden. Auf diese Weise kann für jede Probe das real einwirkende Kraftprofil in Bezug zum Grad des später histologisch zu bestimmenden Remodelings gesetzt werden.

Ergebnisse und Schlussfolgerungen: Der entwickelte Bioreaktor wurde bis zu 3 Wochen mit zellbesiedeltem Kollagengel als Knorpelersatzmaterial unter anhaltender Sterilität betrieben. Die Proben wurden mit einer zyklischen Belastung von 30 mN bei einer Frequenz von 0,3 Hz mechanisch stimuliert. Die tatsächlich auf die Proben einwirkenden Kräfte konnten über die gesamte Kultivierungszeit kontinuierlich aufgezeichnet werden.

Der entwickelte Bioreaktor ermöglicht es, die bei der zyklischen mechanischen Stimulation von Knorpelersatzmaterialien tatsächlich einwirkenden Kräfte durch fortlaufendes Monitoring zu bestimmen und mit dem Grad des Remodellings zu korrelieren. Auf diese Weise können zum Einen Aussagen über die mechanische Transduktion von außen einwirkender Kräfte innerhalb der Biomaterialien getroffen werden, zum Anderem kann ein genaueres Bild des Zusammenhangs zyklischer mechanischer Krafteinwirkung auf die chondrogene Stimulation gezeichnet werden.