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Kollagenbarrieren für die Gliederung tissue engineerter multizonaler Kreuzbandkonstrukte
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Published: | October 13, 2014 |
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Fragestellung: Tissue engineerte Knochenzonen an beiden Enden eines vorderen Kreuzband (ACL) Ersatzes ermöglichen eine stabile Integration des Transplantates in den Knochen. Die Faserknorpelphase einer Enthesis verhindert zudem ein Abknicken des Ligamentkompartimentes am Knochen. Um in einer multizonalen Tissue engineerten ACL-Plastik initial eine Trennung der Zellkompartimente zu erhalten, sollen resorbierbare Barrieren aus einem Kollagenfaden und einem Kollagensponge, die zwischen die Lagen gestickter Polylactid-co-caprolacton [P(LA-CL)] Scaffolds eingebracht wurden, ausgehend vom Ligamentkompartiment getestet werden.
Methodik: Gestickte P(LA-CL) Scaffolds mit Barrieren aus 3-lagig eingebrachtem bovinem Kollagenfaden oder porösem Kollagensponge wurden für 7 und 14d statisch mit Sphäroidkulturen aus lapinen ACL Zellen besiedelt. Zum Startzeitpunkt (0d) und nach 7 und 14d wurde die Vitalität der ACL Zellen in der Mantelzone der Sphäroide und der aus den Sphäroidkulturen auf die Scaffolds ausgewachsenen Zellen untersucht. Neben der Beurteilung der Sphäroidausbreitung auf den Scaffolds, wurde die besiedelte Scaffoldoberfläche in Abhängigkeit der Barrierenposition bestimmt und das Überwachsen der Barrieren verfolgt. Für die Kontrolle der Zellinvasion in das jeweilige Barrierenmaterial wurden an Querschnitten histologische Übersichtsfärbungen und Fluoreszenzfärbungen der Zellkerne angefertigt. Die Beurteilung eines möglichen Einflusses des Barrierenmaterials auf die ACL Zellen erfolgte durch Immunmarkierungen des ligamentären Kollagens Typ I und einer Fluoreszenzmarkierung des Zytoskelettes.
Ergebnisse und Schlussfolgerung: Zu allen Untersuchungszeitpunkten wurde eine hohe Vitalität der ACL Zellen in Sphäroiden und im Scaffold festgestellt. Nach 7d waren die Sphäroide adhäriert, jedoch noch kompakt, während sie sich nach 14d deutlich ausgebreitet hatten. Beide Barrieren waren nach 14 d von Zellen nur oberflächlich überwachsen und die Zellen konnten zu diesem Zeitpunkt die Kollagenmaterialien noch nicht durchdringen. Während sich die Zellen in Scaffolds mit Kollagenfadenbarriere unabhängig von der Richtung zur Barriere ausbreiteten, erfolgte die Zellmigration in Scaffolds mit Kollagensponge tendenziell in die der Barriere abgewandte Richtung. Die insgesamt besiedelte Fläche war in Scaffolds mit Kollagenfadenbarriere größer und auch das Zytoskelett der adhärierenden Zellen war hier stärker ausgeprägt als in den Scaffolds mit Kollagensponges.
Beide Kollagenmaterialien sind geeignet, um Zellkompartimente in einem multizonalen Konstrukt zu trennen. Wegen der stärkeren Zellausbreitung und ausgeprägteren Zytoskelettarchitektur in den Scaffolds wird der Kollagenfaden als Barrierenmaterial dem Kollagensponge vorgezogen. In weiteren Untersuchungen sollte die Invasionsgeschwindigkeit der Zellen in die Barriere in Langzeitversuchen, die Zellseparation in multizonalen Kulturen und die Barrierendegradation in mechanostimulierten Scaffolds getestet werden.