Morphologische Untersuchungen von Chondrozyten in dreidimensionaler Hydrogel-Kultur : ein Beitrag zum Tissue Engineering hyalinen Gelenkknorpels
Für die Behandlung von Gelenkknorpeldefekten wird eine große Auswahl an Behandlungsmöglichkeiten beschrieben. Die Autologe Chondrozyten Transplantation (ACT) stellt eine potentielle Therapie dar und ist auf dem Weg, als etablierte Option anerkannt zu werden. Auf den Prinzipien der Periost-covered ACT basierend, werden Variationen wie z. B. die Collagen-covered ACT, die Matrix-induced ACT und Hyaluronscaffolds angewandt und durchgeführt. Eine hyaline Regeneratqualität zu erreichen, stellt jedoch eine Schwierigkeit dar. Daher ist eine Verbesserung bezüglich des chirurgischen Eingriffes sowie des Chondrozytenhandlings und der Zellimplantation erstrebenswert. In diesem Sinne werden neue zellbasierte Techniken und Trägersubstanzen erforscht. Im Rahmen einer Hydrogelstudie zur Behandlung von Gelenkknorpeldefekten wurde eine neue injizierbare Hydrogelformel entwickelt, die zur dreidimensionalen Zellanordnung eingesetzt wurde. Isolierte hyaline Chondrozyten, gewonnen von adulten Schafsknien, wurden über zehn Wochen in Hydrogeltropfen in-vitro kultiviert. Die Fragestellung lautete, ob eine solche dreidimensionale Kultur ohne Verlust von morphologischen und funktionellen hyalinen Zellcharakteristika möglich ist, und ob die Ergebnisse auf folgende in-vivo Applikationen übertragbar sind. Die charakteristische Zellmorphologie wurde licht- und elektronenmikroskopisch untersucht, die Proliferationsrate der Chondrozyten per Brom-deoxyuridin Immunfluoreszenz erhoben. Zusätzlich wurde die Expression von Kollagen Typ I und II, von Knorpel Proteoglykanen und Hyaluronansynthasen analysiert. Im Gegensatz zu zweidimensionalen Monolayer Kulturen, wo eine fibroblastische Dedifferenzierung gewöhnlich zu beobachten ist, proliferierte eine beträchtliche Anzahl an Chondrozyten, welche über den gesamten Kultivierungszeitraum einen differenzierten, spheroidalen Phänotyp präsentierten. Darüber hinaus ähnelte die hyaline Matrixzusammensetzung und -Expression dem natürlichen Muster. Somit kann geschlussfolgert werden, dass diese 3D in-vitro Hydrogelkultur geeignet ist, um Chondrozyten in einem differenzierten Zustand zu halten und zu kultivieren, und charakteristische Zelleigenschaften zu bewahren. Dies auch ohne zusätzlichen hydrostatischen Druck und/oder externe mechanische Stimuli. Die 3D Hydrogelkultur von Chondrozyten könnte eine praktikable Methode für das in-vitro Tissue Engineering von hyalinartigem, bioartifiziellem Knorpelgewebe bereitstellen und Optionen für in-vivo Applikationen eröffnen.
chondrocytes, alginate, hydrogel, Tissue Engineering, hyaline articular cartilage, autologous chondrocyte transplantation
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