Differenzierungsmuster von Chondrozyten und Knochenmarkstammzellen in der Langzeitperfusionskultur unter mechanischer Belastung

Die minderwertige Qualität des Ersatzsknorpels führte zu den
Versuchen Gelenkknorpel in vitro zu kultivieren. Ziel der
Untersuchungen war es, den Einfluß mechanischer Faktoren wie den
alternierenden mechanischen Druck auf Chondrozyten und humane
Knochenmarkstammzellen im zeitlichen Verlauf in der Phase des
Wachstums und der Organisation zu einem Implantat in einer
Langzeitperfusionskultur zu evaluieren. Die Kulturen wurden über
zwölf Wochen mit einem Druck von 0,5 MPa bei einer Frequenz von 0,5
Hz, 0,1 Hz, 0,01 Hz und ohne Druck belastet. Als Trägermedien
verwendeten wir Spongiosazylinder und zwei resorbierbare Vliese
(Etisorb-Vlies und Polylaktid-Vlies), die sich in der Abbauzeit
unterschieden haben. Die Auswertung der Präparate erfolgte mit der
Histologie, Immunhistochemie und Rasterelektronenmikroskopie. Die
beste Ergebnisse bezüglich Kollagen II : Kollagen I - Verteilung
und Zellmorphologie zeigte die schnellste Frequenz (0,5 Hz). Die
bessere Zelldichte wurde mit den langsameren Frequenzen (0,1 und
0,01 Hz) erreicht. In der Kontrollgruppe (ohne Belastung) wurde
zwar Kollagen I, II und III gebildet, aber eher in einer
ungünstigen Verteilung. Im zeitlichen Verlauf konnte bereit nach 2
Wochen Kollagen II bei kaum Kollagen I nachgewiesen werden, nach 6
Wochen war war die Zelldichte der Präparate maximal, die Kollagen
II : I – Verteilung zeigte das beste Ergebnis, im REM war nahezu
glatte Oberfläche zu sehen. Nach 12 Wochen war der Nachweis der
kollagenen Differenzierung jetzt deutlich schlechter, es konnte
verstärkt Kollagen III nachgewiesen werden. Die humane
Knochenmarkstammzellen zeigten nach 12 Wochen bei der höchsten
Frequenz (0,5 Hz) die ersten Anzeichen einer Matrixbildung durch
Nachweis von Keratansulphat. Spongiosazylinder haben den Zellen
keine Kraftübertragung erlaubt, und waren deshalb als ungeeignetes
Trägersystem zu werten. Ethisorb-Vlies war für Chondrozyten gut
geeignet, verlor aber nach bereits 6 Wochen seine stützende
Funktion. Polylaktidvlies erwies sich als ungeeignet, da die lange
Abbauzeit das Zellwachstum und Matrixproduktion verhinderte. Eine
mechanische Belastung der Zellen mit einer schnellen Frequenz (0,5
Hz) trägt sicherlich zu einer Kollagen II-Produktion und erwies
sich deshalb als sehr günstig.