Tissue-Engineering von Gelenkknorpel Buchkatalog

Arthrose ist die häufigste Erkrankung der Gelenke. Dabei tritt eine Schädigung des Knorpels und des darunterliegenden Knochens auf. Eine vielversprechende Möglichkeit diese Defekte zu versorgen, bietet die Implantation von osteochondralen Konstrukten - in vitro gezüchtetem Knorpel auf Knochenersatzmaterial. Bisher unterliegen allerdings sowohl die biochemischen als auch die mechanischen Eigenschaften des gezüchteten Knorpels (TE-Knorpel) denen des nativen Knorpels deutlich. Das übergreifende Ziel dieser Arbeit war es, basierend auf Kenntnissen von nativem Knorpel, Mechanismen zur Verbesserung von TE-Knorpeleigenschaften abzuleiten. Dazu wurden zwei Hypothesen aufgestellt und untersucht: (1) Die Matrixsynthese wird durch mechanische Belastung erhöht, wobei die Kompressionsamplitude einen siginifkanten Einfluss auf die Knorpelqualität hat. (2) Die Annäherung der Mikroarchitektur des Trägers an die des subchondralen Knochens, insbesondere in Bezug auf die Permeabilität, führt ebenfalls zu einer Verbesserung der Knorpeleigenschaften. Zur Untersuchung des Einflusses mechanischer Belastung wurden osteochondrale Konstrukte hergestellt und mit unterschiedlichen Kompressionsamplituden (5%, 10%, 20% Kompression) im Bioreaktor belastet (1 Hz). Um den Einfluss der Trägermikroarchitektur zu untersuchen, wurden impermeable und permeable Tricalciumphosphat-Träger zur Herstellung der osteochondralen Konstrukte verwendet. Zudem wurde ein Finite-Elemente-Modell zur Darstellung der experimentell nicht zugänglichen internen Vorgänge im Knorpelgewebe erstellt. Es wurde eine positive Korrelation zwischen der Kompressionsamplitude und dem normalisierten E-Modul des TE-Knorpels festgestellt. Des Weiteren wurde ein Einfluss der Trägermikroarchitektur nachgewiesen: Der Anstieg der Steifigkeit über den Kultivierungszeitraum war in der permeablen Gruppe um 60% höher als in der impermeablen Gruppe. Das FE-Modell zeigte, dass durch eine Belastung mit höheren Kompressionsamplituden und die Verwendung von permeablen Trägern höhere Strömungsgeschwindigkeiten im TE-Gewebes auftraten. Die vorliegenden Daten weisen darauf hin, dass eine Annäherung der Kultivierungsbedingungen an die in-vivo-Situation bezüglich mechanischer Belastung und Trägerpermeabilität eine Strategie darstellt, um mechanisch belastungsfähigere Knorpelimplantate herzustellen.