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Einleitung: Das Tissue Engineering von funktionellem Skelettmuskelgewebe stellt in der regenerativen Medizin weiterhin eine große Herausforderung dar. Neben der Auswahl von geeigneten Zellarten sowie deren myogene Differenzierung in mehrkernige Myotuben ist die Entwicklung eines adäquaten Trägermaterials ein bisher ungelöstes Problem. Elektrogesponnene Nanofasern, darunter insbesondere parallele PCL-Kollagen-Nanofaserscaffolds sind ein potentielles Trägermaterial für die dreidimensionale (3D) Kultur von Skelettmuskelzellen, da sie Stabilität und Biokompatibilität vereinen und die Struktur der Extrazellulärmatrix nachahmen. Mesenchymale Stammzellen (MSCs) haben die Fähigkeit, sich in verschiedene Gewebearten zu differenzieren. Aufgrund ihres hohen Expansionspotentials stellen sie eine vielversprechende Zellquelle für das Skelettmuskel Tissue Engineering dar, vor allem in Ko-Kultur mit primären Myoblasten.

Methoden: Parallele PCL-Kollagen-Nanofasern wurden mittels Elektrospinning und Essigsäure als nicht toxisches Lösungmittel hergestellt. Primäre Myoblasten (Mb) aus der Ratte wurden mittels pre-plating-Technik sowie mesenchymale Stammzellen aus dem Knochenmark (BMSC) bzw. dem Fettgewebe der Ratte (ADSC) isoliert. Mb wurden mit BMSC sowie mit ADSC ko-kultiviert und mittels verschiedener Differenzierungsmedien myogen stimuliert. Die Auswertung erfolgte mittels Immunfluoreszenz-Cytochemie, qRT-PCR und FACS-Analyse.

Ergebnisse: Primäre Myoblasten zeigten eine positive Desmin-Expression. BMSC und ADSC konnten osteogen, chondrogen und adipogen differenziert werden und exprimierten auch in hohen Passagen noch stammzellspezifische Oberflächenmarker. PCL-Kollagen-Nanofasern mit paralleler Ausrichtung konnten erfolgreich mittels Essigsäure durch Elektrospinning hergestellt werden. Zur Überwindung der Variationen im Elektrospinning-Verhalten unterschiedlicher Kollagen-Batches wurde ein Modell erstellt, bei dem die Viskositäten der Kollagen-Batches untersucht und an die jeweiligen Elektrospinning-Parameter angepasst wurden. Eine Besiedelung dieser Scaffolds mittels primärer Myoblasten mit BMSC bzw. ADSC in Ko-Kultur führte zu einer adäquaten Zelladhärenz und Proliferation sowie myogenen Differenzierung der Zellen.

Schlussfolgerung: Mit der Entwicklung eines biokompatiblen Nanofaserscaffolds und unter Verwendung von MSC und Myoblasten konnte die Basis für weitere in vivo-Studien geschaffen werden.