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Fragestellung: Biphasische Implantate bestehend aus einem bioresorbierbaren Gerüstmaterial kombiniert mit einem Gel, wie Fibrinkleber, werden zunehmend für Zell-basierendes Tissue-Engineering eingesetzt. Neben den Vorteilen des Trägers, wie Formgebung und mechanische Stabilität, bieten Gele z.B. zusätzlich die Möglichkeit Proliferation und Differenzierung von eingebrachten Vorläuferzellen, wie humanen mesenchymalen Stammzellen (MSC) zu beeinflussen. Während Gerüstmaterialien und auch Gele für sich bezüglich Unterstützung der Knorpeldifferenzierung von MSC bereits charakterisiert wurden, ist über das Potential biphasischer Implantate zur Verbesserung MSC-basierenden Knorpel-Tissue-Engineerings bisher wenig bekannt.

Ziel dieser Studie war zu prüfen, ob zwei bereits klinisch angewandte Biomaterialien – ein Kollagen I/III-Träger und Fibrinkleber (FG) – kombiniert zu einem biphasischen Implantat, eine verbesserte Unterstützung eingesiedelter MSCs zeigen und die Chondrogenese rein durch die lokale Bioaktivität von zusätzlich in FG eingebrachtem chondrogenem Wachstumsfaktor TGFβ vermittelt werden kann. Weiter wurde der potentielle Vorteil von partiell autologem Fibrinkleber (PAF) gegenüber kommerziellem FG untersucht.

Methodik: Aus Kollagen-Trägern kombiniert mit FG, PAF oder mit TGFβ angereichertem FG wurden mit humanen MSC (5x105) besiedelte biphasische Konstrukte hergestellt und für 6 Wochen in chondrogenem Medium mit bzw. ohne TGFβ kultiviert. Trägerfreie Pellets, FG-Pellets und PAF-Pellets dienten als Kontrolle. Die Chondrogenese wurde mittels Histologie, Proteoglykan (PG)-Quantifizierung und Genexpressions-Analyse beurteilt.

Ergebnisse und Schlussfolgerungen: Im Vergleich zum trägerfreien Pellet vergrößerten sowohl Träger, Gele als auch die Kombination beider das Volumen der Konstrukte und erlaubten eine signifikant höhere Ablagerung von PG. Im Gegensatz zu den gelhaltigen Pellets schrumpften die biphasischen Implantate während der Chondrogenese nicht und alle Kollagen-Täger basierten Gruppen zeigten einen signifikant höheren PG-Gehalt als Gel-basierte Träger. Ein signifikant niedrigerer PG-Gehalt in PAF-haltigen versus gelfreien und FG-Kollagen-Trägern weist auf negative Effekte der partiell autologen Fibrinkomponente hin. COL2A1, AGC und COL10A1 waren in allen Gruppen stark hochreguliert, ohne signifikante Unterschiede innerhalb der drei Pellet- oder Kollagen-Träger-Gruppen. Die Aufrüstung von FG-Kollagen-Trägern mit 50 ng TGFβ resultierte in einer ebenso erfolgreichen Chondrogenese wie die Versorgung der Kontrollkonstrukte mit TGFβ-haltigem frischem Kulturmedium alle zwei Tage.

Die getesteten biphasischen MSC-Träger wiesen insgesamt eine hervorragende Biofunktionalität auf, da sie Formstabilität und Knorpeldefektauffüllung gewährleisten und zusätzlich eine bessere Unterstützung der MSC-Chondrogenese ermöglichen, als rein FG-basierte Implantate oder die klassische Pelletkultur, selbst dann, wenn TGFβ rein lokal aus Fibrin zur Verfügung gestellt wird.