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Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2014)

28.10. - 31.10.2014, Berlin

Sphäroidkulturen für das Kreuzband-Tissue Engineering

Meeting Abstract

  • presenting/speaker Mariann Hoyer - Charité - Universitätsmedizin Berlin, Technische Universität Berlin, Berlin, Germany
  • Anke Lohan - Charité Universitätsmedizin, Campus Benjamin Franklin, Klinik für Unfall- und Wiederherstellungschirurgie, Labor für Unfallchirurgie, Berlin, Germany
  • Annette Breier - Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e.V., Dresden, Germany
  • Judith Hahner - Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e.V., TU Dresden, Institut für Werkstoffwissenschaft, Dresden, Germany
  • Claudia Hinüber - Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e.V., TU Dresden, Institut für Werkstoffwissenschaft, Dresden, Germany
  • Wolfgang Ertel - Charité - Universitätsmedizin Berlin, Berlin, Germany
  • Leif-Alexander Garbe - Technische Universität Berlin, Berlin, Germany
  • Gundula Schulze-Tanzil - Charité Universitätsmedizin Berlin, CBF, Klinik für Unfall- und Wiederherstellungschirurgie, Berlin, Germany

Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2014). Berlin, 28.-31.10.2014. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2014. DocPO23-732

doi: 10.3205/14dkou758, urn:nbn:de:0183-14dkou7587

Published: October 13, 2014

© 2014 Hoyer et al.
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Fragestellung: Zellsphäroide können zur Besiedlung von Scaffolds genutzt werden, da die Zellen fähig sind, ihren Verband wieder zu verlassen und auf die angebotene Matrix auszuwachsen. Ligament Zellen könnten bei der Anzucht in hoher Dichte als dreidimensionale Sphäroidkultur ihren Phänotyp stabilisieren. Daher sollen Sphäroidkulturen aus Ligament-Zellen des lapinen vorderen Kreuzbandes (ACL) charakterisiert und hinsichtlich ihrer Eignung zur Besiedlung von gestickten Scaffolds aus Polylactid-co-caprolacton [P(LA-CL)] getestet werden.

Methodik: ACL-Zellsphäroide wurden durch 2-tägige Kultur von 3x105 Zellen in agarosebeschichteten Kavitäten hergestellt. Ab diesem Startzeitpunkt (0d) wurden die Sphäroide nach 7; 14 und 21d statischer und 7d dynamischer Kultur zur Analyse entnommen. Die Charakterisierung umfasste die Sphäroidgrößen, Zellvitalität, histologische Übersichtsfärbungen sowie Färbungen von Querschnitten der Kulturen zur Darstellung des Proteoglykan- und Kollagenanteils. Nach Immunmarkierung wichtiger Bändermatrixkomponenten wie Decorin und Kollagen Typ I wurden im Kulturvergleich die Fluoreszenzintensitäten (MFI) bestimmt. Der Gesamtgehalt sulfatierter Glykosaminoglykane (sGAG) und der Gesamtkollagengehalt der Sphäroide wurde in Bezug auf die Zellzahl pro Sphäroid quantifiziert.

Gestickte P(LA-CL) Scaffolds wurden mit Sphäroiden (0d) für 14d statisch besiedelt. Es folgte eine Untersuchung der Zellvitalität sowie die Bestimmung der besiedelten Scaffoldoberfläche je Sphäroid.

Ergebnisse und Schlussfolgerung: Die Sphäroidgröße verringerte sich in beiden Kultursystemen bereits nach 7d signifikant (statisch: P≤0,05; dynamisch: P≤0,01). Die Zellen der Sphäroide schienen überwiegend vital. Während bei Kulturbeginn eine deutliche Proteoglykanexpression in der Mantelzone nachzuweisen war, nahm diese in beiden Kultursystemen zeitabhängig ab. Die Kollagenexpression war im Querschnitt homogen und nicht kulturzeitabhängig. Die Ermittlung der MFI für Kollagen Typ I und Decorin, sowie die Glykosaminoglykan- und Kollagenquantifizierung bestätigten diesen Trend.

Die Sphäroidkulturen adhärierten nach wenigen Tagen an den P(LA-CL)-Scaffolds und ACL Zellen wuchsen aus den Sphäroiden auf die Scaffolds aus. So wurden durchschnittlich 3,7 mm2 Scaffoldfläche je Sphäroid besiedelt.

Lapine ACL-Zellen bleiben trotz hochdichter Kultur überwiegend vital und können auswachsen. Damit erfüllen sie die wichtigste Voraussetzung zur Nutzung für Scaffoldbesiedlungen. Auch die andauernde Gesamtkollagen- und Kollagen Typ I Synthese deuten darauf hin, dass die Ligamentzellen in Sphäroidkulturen für das ACL-Tissue Engineering geeignet sind. Weitere Untersuchungen sollen Optimierungsmöglichkeiten einer sphäroidvermittelten Scaffoldbesiedlung durch Sphäroideintrag in mehrere Scaffoldebenen und Mechanostimulation prüfen.