Die Rekonstruktion von Knorpel- und Knochendefekten
Creators: name: Perka, Carsten
Publisher: name: Humboldt-Universität zu Berlin, Medizinische Fakultät - Universitätsklinikum Charité
Year: 2000
Subjects: subject: Tissue engineering
subject: Knorpelregeneration
subject: Knochendefekt
subject: Zellkultur
subject: tissue engineering
subject: cartilage regeneration
subject: bone defect
subject: cell culture
subject: 610 Medizin
subject: 33 Medizin
subject: YK 3100

description: Strategien zur Gewebsreparatur durch Zelltransplantate erfordern die Verfügbarkeit einer ausreichenden Menge von Zellen, die Schaffung konduktiver Mikrokulturbedingungen für die Integration und die Entwicklung des Implantats und die Entwicklung reproduzierbarer chirurgischer Technik für die klinische Anwendung des kultivierten Transplantats. In der vorliegenden Arbeit wurden mehrere Techniken der Zelltransplantation entwickelt und tierexperimentell erprobt. Unter Verwendung von Alginat wurde eine neue sequentielle Zellkulturtechnik für Knorpeltransplantate entwickelt. Der optimale Kompromiß zwischen der Matrixstabilisierung und einer ausreichenden Diffusionskapazität für die Zellfunktion wurde bei einer Mischung aus 0,6 % Alginat und 4,5 % Fibrin gefunden. Weitere untersuchte Matrixstrukturen zur Transplantation von Chondrozyten, wie die bioresorbierbaren Polymere, das Kollagen-Fibrin-Gel besitzen gegenüber der gegenwärtig kommerziell genutzten Methode hinsichtlich des chirurgischen Prozederes bei vergleichbaren histologischen Ergebnissen Vorteile. Die histomorphologischen Veränderungen und die Entwicklung des Transplantats in vivo werden durch die spezifischen Bedingungen der Transplantatumgebung beeinflußt. Dabei ist ein vollständiges zonales und sequentielles Remodeling von Knorpel-Knochendefekten nur bei nicht ausdifferenzierten Zellen (embryonale Chondrozyten, periostale Zellen) zu erkennen, da diese Zellen ein exzellentes chondrogenes und osteogenes Potential besitzen. Transplantate unter Verwendung von Chondrozyten zeigen dagegen nur eine sehr geringe Rekonstruktion des subchondralen Knochens. Periostale Zellen sind in vitro ohne Verlust des Phänotyps amplifizierbar und stellen daher eine optimale Zellquelle für das Tissue Engineering dar. Für das Bone Engineering ist die Kombination der osteokonduktiven Eigenschaften unterschiedlicher Trägermaterialien mit Zellen, die ein osteogenes Potential besitzen ein neuer Weg zur Optimierung des Prozesses der knöchernen Rekonstruktion, wie in Versuchen zur Rekonstruktion segementaler Ulnadefekte bei Kaninchen gezeigt werden konnte. Die Herstellung eines präossären stabilen aber formbaren Transplantats mit vielfältigen klinischen Einsatzmöglichkeiten ist unter Verwendung von biodegradierbaren Polymeren und von Fibrinbeads realisierbar. Der Einsatz von Wachstumsfaktoren, wie TGF-?1 und die zunehmenden Erkenntnisse zu den Zell-Zell- und Zell-Matrix-Interaktionen ermöglichen die verbesserte Generation ortsständigen Gewebes durch multipotente Zellen. Die immer komplexere und umfassendere Wiederholung der sich in der Ontogenese abspielenden Vorgänge durch die Techniken des Tissue Engineering, ermöglicht die Schaffung therapeutischer Optionen zur Behandlung von Knochen- und Knorpeldefekten, wo bisher keine existierten oder nur unzulänglich vorhanden waren.
description: Strategies for tissue repair by cell transplants require the availability of a sufficient amount of cells, the creation of conductive microculture conditions for the integration and development of the implant and the development of reproducible surgical techniques for the clinical application of the cultivated transplant. Within the frame of the present work, several techniques of cell transplantation were developed and tested by way of experiment. By using alginate, a new sequential cell culture technique was developed for cartilage transplants. The optimum compromise between the matrix stabilization and a sufficient diffusion capacity for the cell function was found with a mixture of 0.6 % of alginate and 4.5 % of fibrin. Further investigated matrix structures for the transplantation of chondrocytes, such as the bio-absorbable polymers, the collagen fibrin jelly show advantages compared with the method commercially applied at present regarding the surgical procedure with the gained histological results being comparable. The histomorphological changes and the development of the transplant within the living body are influenced by the specific conditions of the transplant environment. In this connection, a complete zonal and sequential remodeling of osteochondrodefects can only be detected for non-outdifferentiated cells (embryonic chondrocytes, periosteal cells) as these cells have an excellent chondrogenic and osteogenic potential. When using chondrocytes for transplants, however, the transplant only shows a very little restoration of the subchondral bone. Periosteal cells can be amplified in the living body without losing the phenotype, thus constituting an optimum cell source for tissue engineering. For the bone engineering, the combination of the osteoconductive properties of different carrier materials with cells having an osteogenic potential is a new way for optimizing the process of bone restoration as it was demonstrated in tests for the restoration of segmental ulnar defects occurring with rabbits. The generation of a preosteal stable, but mouldable transplant with manifold clinical possibilities of utilization can be realized by using biodegradable polymers and fibrin beads. The use of growth factors, such as TGF-?1, and the increasing knowledge of cell-cell and cell-matrix interactions enable the improved generation of stationary tissue by multipotent cells. The more and more complex and comprehensive repetition of processes going on in the ontogenesis by way of tissue engineering enables the creation of therapeutic options for the treatment of osteochondrodefects where hitherto none existed or just in a too small number.