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Fragestellung: Tissue-engineerte Bandscheiben (TEB) stellen einen neuen Ansatz zur Behandlung degenerativer Wirbelsäulenerkrankungen dar. Verglichen mit herkömmlichen Titanprothesen, imitieren TEB die physiologischen Eigenschaften nativer Bandscheiben (BS). Neuste Studien zeigten, dass TEB nach kurzer Zeit in vivo sowohl ähnliche biochemische als auch biomechanische Eigenschaften behalten wie gesunde BS.

Ziel: Etablierung quantitativer und morphologischer Messmethoden für BS-und TEB-Eigenschaften, und erstmalige Langzeitbeobachtung von TEB in vivo.

Methodik: TEB wurden aus BS-Chondrozyten der Schafswirbelsäule hergestellt; Trägermaterialien waren Alginat 3% (Nucleus, NP) (mit 2.5x10-6Z/ml) und Kollagen (1mg/ml) (Annulus, AF) (mit 1x10-6Z/ml). Implantation im Nager-Modell (Hsd:RH-Foxn1rnu, m, 200g) an Segment CA 3/4: Gruppe I: TEB (n=8), Gruppe II: nur Diskektomie (n=8), Gruppe III: gesunde Anschlusssegmente (n=8). MRT (Bruker 7T USR Preclinical MRI System) wurde nach 1, 5 und 8 Monaten durchgeführt: Gradienten-Echo T1-gewichtete Sequenzen (BS-Höhe), T2-gew. Sequenzen (BS-Morphologie), Quantitative T2-Relaxationszeit (Wassergehalt), T1Rho-Relaxationszeit (Proteoglykangehalt des NP). Micro-Computertomographie (Ossifikationen). Histologie (3D-Faser Anordnung und Zellverteilung, Gewebs-Morphologie). 3 Untersucher. Statistik: One-way ANOVA mit p<0.05 signifikant.

Ergebnisse und Schlussfolgerung: Die BS-Höhe der TEB blieb konstant zwischen 68-74% der Höhe gesunder BS (0.68mm-0.74mm vs. 1mm). In T2-gewichteten Aufnahmen, behielten die TEB eine ähnliche Morphologie wie native BS, mit einem hyperintensem NP, der umgeben ist von einem hypointensem AF. T2-Relaxationszeiten von TEB und nativen BS unterschieden sich nicht signifikant (62ms-66ms vs. 59ms-68ms, p<0.05), als Hinweis für ähnlichen Wassergehalt in den BS und den TEB. Das NP-Volumen war bei TEB geringer, verglichen mit nativen BS, jedoch höher als in der Diskektomie-Gruppe (Voxel-Count 36 vs. 105.62 vs. 4, p<0.05 jew.). Eine geringere T1Rho-Relaxationszeit in der TEB-Gruppe, verglichen mit nativen BS, (62ms+/-16ms vs. 93+/-8.4ms) weist auf einen unterschiedlichen Proteoglykan-Gehalt hin. Histologisch zeigte sich, dass der AF den NP komplett zirkulär umgibt und aus parallel verlaufenden Fasern besteht, mit fibroblastenartigen Zellen. Die NP-Matrix erschien amorph und enthielt chondrozytenartige Zellen. Die Diskektomie-Gruppe zeigte einen Kollaps ohne NP-Signal.

Fazit: Messmethoden wurden etabliert um TEB und ihre Eigenschaften in vivo longitudinal zu untersuchen. Diese Langzeitstudie zeigte das Überleben der TEB, die eine Morphologie aufrechterhielten, die der nativer BS ähnelt. Darüberhinaus zeigte sich eine dynamische Anpassung der TEB an das Wirtsgewebe mit Matrix-Produktion, Zellproliferation und aktiver Neugestaltung von Zellverteilung und -Struktur. Dies ist ein entscheidender Schritt dahin, TEB in einem Degenerationsmodel zu testen und Grosstierversuche vorzubereiten, mit grösseren Diffusionsstrecken und biomechanisch hoher Belastung.