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Fragestellung: Als Alternative zum Tiermodell wurde in dieser Studie mit einem etablierten in vitro Regenerationsmodel ein resorbierbares Polyglykolsäure Implantat (PGA; zellfrei oder zellbesiedelt), das bereits klinisch zum Knorpelersatz genutzt wird, biomechanisch, histologisch und molekularbiologisch untersucht.

Methodik: Bovine Knorpelringe (Außendurchmesser 6 mm; zentraler Defekt 2 mm) wurden steril gewonnen. Die Implantate wurden im Defekt der Knorpelringe platziert, kultiviert und vor bzw. nach 4, 8, 10 und 12 Wochen Kultur biomechanisch, histologisch und molekularbiologisch untersucht.

Biomechanisch wurden Ausdrückversuche der Implantate aus den Knorpelringen mit einer statischen Universal-Testmaschine durchgeführt.

Histologisch wurden die Konstrukte mit 4% Paraformaldehyd fixiert und einer Hämatoxylin-Eosin(HE) und Safranin-O Färbung unterzogen.

Molekularbiologisch wurde RNA isoliert aus: a) Chondrozyten im Knorpelring; b) auf oder in die Implantate eingewanderten Chondrozyten; c) auf die Oberfläche des Knorpelrings migrierte Chondrozyten und die für die Knorpelregeneration wichtigen Gene Kollagen 1 und 2, Aggrekan als wichtigstes Proteoglycan sowie COMP analysiert.

Ergebnisse und Schlussfolgerung: Die Ausdrückkraft für beide PGA-Implantate sank mit steigender Kultivierungsdauer signifikant auf ca.4% des Ausgangswertes (12 Wochen).

Die HE-Färbungen der ZF PGA-Implantate zeigten bereits nach 4 Wochen eine deutliche Resorption der PGA-Matrix sowie eine begrenzte Chondrozyteneinwanderung und initiale Matrixbildung im Insert. Mittels Safranin-O-Färbung waren nach 10 Wochen neben der verstärkten Bildung von Matrixinseln an einigen Stellen des Implantats beginnende Proteoglykan-Einlagerungen detektierbar.

Die Chondrozyten im Knorpelring zeigten im Kulturverlauf bei ZF und ZB PGA-Implantaten eine konstante oder erhöhte Kollagen 1 Expression und eine verminderte Expression der Knorpelmarker Kollagen 2, Aggrekan und COMP (d.h. eine Dedifferenzierung). Dagegen zeigten die auf oder in die Implantate eingewanderten sowie die auf die Oberfläche des Knorpelrings migrierten Chondrozyten eine konstante oder sinkende Kollagen 1 Expression und eine erhöhte Expression der Knorpelmarker Kollagen 2, Aggrekan und COMP (d.h. Zeichen einer Differenzierung).

Die mit längerer Kulturdauer abnehmende Ausdrückkraft der PGA-Regenerate ist wahrscheinlich durch ihre histologisch belegte, zunehmende Resorption bedingt. Die molekularbiologischen Untersuchungen zeigten für ZF und ZB PGA im Implantat und auf der Oberfläche des Knorpelringes eine zumindest transiente Differenzierung der Zellen, im Knorpelring dagegen eine fortschreitende Dedifferenzierung.

Das Modell ist also nur beschränkt für die Testung der biomechanischen Integration von Regeneraten aus schnell resorbierbaren Materialien geeignet, da die Neubildung der Matrix in vitro möglicherweise nicht ausreichend schnell erfolgt. Trotzdem belegt das Modell eindrucksvoll die fortschreitende Differenzierung der Chondrozyten im Implantat und auf der Oberfläche des Knorpelringes.