Ruth Broermann

• Bänder und Sehnen sind bradytrophe Gewebe die eine limitierte intrinsische Heilungskapazität aufweisen. Trotz einer primären Nahtrekonstruktion kann es zur Ausbildung eines mechanisch insuffizienten Narbengewebes kommen. Die Verwendung autologer oder allogener Sehnen-/Bandersatzplastiken bei Vorliegen substantieller Defekte bergen die Gefahr der donor site morbidity und antigener/allergischer Reaktionen. Besonders das Tissue Engineering kann hier zur Entwicklung innovativer Therapieansätze beitragen. Die Verwendung autologer mesenchymalerBänder und Sehnen sind bradytrophe Gewebe die eine limitierte intrinsische Heilungskapazität aufweisen. Trotz einer primären Nahtrekonstruktion kann es zur Ausbildung eines mechanisch insuffizienten Narbengewebes kommen. Die Verwendung autologer oder allogener Sehnen-/Bandersatzplastiken bei Vorliegen substantieller Defekte bergen die Gefahr der donor site morbidity und antigener/allergischer Reaktionen. Besonders das Tissue Engineering kann hier zur Entwicklung innovativer Therapieansätze beitragen. Die Verwendung autologer mesenchymaler Vorläuferzellen und biomimetischer Zellträger zu Generierung eines Sehnen- /Bandersatzes ex vivo ist eine vielversprechende Alternative. Ziel der vorliegenden Arbeit war die Generierung von biomimetischen Zellträgern auf der Basis von Kollagen Typ I mittels Elektrospinning. Dabei orientierte sich das Scaffolddesign am Aufbau der EZM von nativem Band- und Sehnengewebe. In einem zweiten Schritt wurde die Auswirkung unterschiedlicher Scaffoldarchitektur auf die tenogene Differenzierung von humanen MSZ untersucht. Hierzu wurden MSZ aus dem Knochenmark isoliert, amplifiziert, die Zellträger mit diesen Zellen besiedelt und für einen definierten Zeiträum (21 Tage) kultiviert. Die Kollagen I-Ausgangskonzentration hatte entscheidenden Einfluss auf den Faserdurchmesser. Wobei unter Verwendung einer 5-8%-igen Kollagenlösung der Faserdurchmesser im Bereich von nativen Kollagenfasern in natürlichem Sehnengewebe erzielt werden konnte. Unter Verwendung eines rotierenden Metallzylinders als Kollektor konnte mit steigender Rotationgeschwindigkeit eine zunehmende parallele Faserausrichtung in den NFS erreicht werden. Ein Einfluss auf die Morphologie und die Proliferation der MSZ auf NFS mit unterschiedlicher Faserdicke zeigte sich nicht. Ausgerichtete Fasern führten zu einer signifikant parallelen Ausrichtung der MSZ mit langgezogenem schlanken Zellkörper, im Unterschied zu einer polygonalen MSZ-Morphologie auf nicht ausgerichteten NF. Die tenogene Differenzierung der Zellen in den NFS wurde mittels RT-PCR- Analyse untersucht. Hierbei wurde die Expression der tendogenen Markergene Tenascin C, Elastin, Kollagen I und Skleraxis bestimmt. Zusätzlich wurden immunfluoreszens- und histochemische Färbungen durchgeführt, um die Infiltration der Zellen in die Zellträger und den Einfluss unterschiedlicher Faserparameter auf die Morphologie der MSZ nachzuweisen. Unter Verwendung von ausgerichteten Kollagen I-NFS zeigte sich eine signifikant höhere tenogene Markergenexpression für Skleraxis und Tenascin C in der Frühphase und im weiteren Verlauf ebenfalls für Col I und Elastin im Vergleich zu nicht ausgerichteten NFS. Elektrospinning von Kollagen I unter Verwendung eines rotierenden Kollektors ermöglicht die Herstellung biomimetischer NFS mit paralleler Faserausrichtung analog zu nativem Sehnengewebe. Die so hergestellten NFS zeichnen sich im Vergleich zu nicht ausgerichteten NFS durch eine signifikant höher mechanische Zugfestigkeit und die Induktion einer tenogenen Markergenexpression in MSZ aus. Prinzipiell haben Kollagen I-NFS das Potential bestehende Therapiestrategien zu Rekonstruktion substantieller Sehnenrupturen im Rahmen Stammzell-basierter Ansätze zu unterstützen. Die generelle Eignung in vivo muss aber zunächst in adäquaten Großtiermodellen (z. B. Rotatorenmanschettendefekt im Schaf) überprüft werden. Die vorliegende Arbeit zeigt die Bedeutung eines Zielgewebe-gerichteten Designs von Zellträgern für die Entwicklung innovativer Strategien im Tissue Engineering. Bei der Regeneration muskuloskelettaler Gewebe, wie dem Sehnenegewebe, spielen nicht nur strukturelle Aspekte sondern auch die biochemische Zusammensetzung des zu erneuernden Gewebes eine entscheidende Rolle, die bei der Scaffold-Herstellung zu berücksichtigen sind.…
• In vitro studies of tenogenous differentiation of human mesenchymal stem cells in collagen -I-nanofaserscaffolds for the replacement of tendons