Rekonstruktion von kritischen Knochendefekten am Kiefer immundefizienter Ratten durch xenogene Transplantation humaner adulter fettabgeleiteter Stammzellen
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Zusammenfassung
Durch die Kombination biokompatibler Tragerstoffe (Kollagen und Fibrin) mit undifferenzierten humanen fettabgeleiteten Stammzellen (adipose derived stem cells, ADSC), soll ein vitales Knochenersatzmaterial entwickelt werden, um die osteogene Potenz der ADSC in vitro zu evaluieren. Weiterhin soll eine mogliche Alternative zum limitierten autologen Knochentransplantat als Goldstandard im Knochenremodelling beim kleinen Haussaugetier bzw. bei Kindern gefunden werden. ADSC stellen eine gut zugangliche Alternative zu den bekannten und weit verbreiteten Knochenmarkstammzellen (bone marrow stem cells, BMSC) dar. ADSC zeichnen sich in vitro durch eine exzellente Proliferationsfahigkeit und eine mit BMSC vergleichbare Differenzierungsfahigkeit aus. In vivo Studien zum Einsatz dieser Zellquelle in Kombination mit Fibrinkleber oder Kollagentragermaterial in einem xenogenen Transplatatmodell im critical size Defektmodell am Unterkiefer der immuninkompetenten Ratte (Crl:NIH-Foxn1rnu) existieren bisher nicht. Durch den Nachweis einer stammzellspezifischen Oberflachenmarkerexpression der isolierten Zellen kann in dieser Studie eine erfolgreiche Isolierung humaner ADSC in vitro bewiesen werden. Am Unterkiefer der Ratte ist ein 5mm (Durchmesser) groser Defekt als Defekt kritischer Grose (critical size defect) definiert. Zur Defektfullung werden ADSC in Kombination mit Fibrinkleber oder einem scaffold (Tragermaterial) aus Kollagen verwendet und mit einer Methode des protected bone healing (pbh), autologem Knochentransplantat und den Kontrollen ohne Therapie und scaffold ohne Zellen verglichen. Zur Beurteilung des zeitlichen Ablaufs der Knochenneubildung wurde am Tag der Operation und 1,2,4 und 8 Wochen nach dem chirurgischen Eingriff radiologische Untersuchungen in vivo mit einem hochauflosenden flat-panel Volumen Computertomographen (fpvCT) durchgefuhrt und mit Hilfe von frei zuganglicher Software MicroView 2.1.2 (GE Health Care, New York, USA) und OsiriX Imaging Software 3.8.1 64 bit (Pixmeo SARL, Bernex, Schweiz) quantitativ ausgewertet. In Versuchsgruppe 1 zeigte die Methode des pbh zum Ende der Studie nach 8 Wochen Heilungsverlauf keine signifikant grosere Knochenregeneration im Defektbereich im Vergleich zu Kontrolle ohne Therapie (Knochenvolumen p= 0,389; ossifizierte Defektflache p= 0,502). Die Kombination von humanen ADSC mit Fibrinkleber und pbh zeigte in Versuchsgruppe 2 eine signifikant grosere Knochenneubildung im Vergleich zur Kontrolle mit ausschlieslich pbh (Knochenvolumen p= 0,015; ossifizierte Defektflache p= 0,019). Auch die autologe Transplantatgruppe in Versuchsgruppe 3 zeigte eine signifikant grosere Knochenregeneration im Vergleich mit der Kontrolle ohne Therapie (Knochenvolumen p= 0,0003; ossifizierte Defektflache p= 0,0001). In der Versuchsgruppe 4 mit Kollagenscaffold und ADSC zeigt sich keine signifikant grosere Knochenvolumenzunahme (p= 0,133) jedoch eine signifikant grosere ossifizierte Defektflache (p= 0,006) im Vergleich zur Therapieseite mit ausschlieslich Kollagenscaffold. In der Versuchsgruppe 5 mit ADSC in Kombination mit Fibrinkleber und pbh zeigte sich keine signifikant grosere Knochenregeneration im Vergleich zur Therapieseite mit ADSC in Kombination mit Kollagenscaffold und pbh (Knochenvolumen p= 0,724; ossifizierte Defektflache p= 0,419). Nach 8-wochiger Standzeit wurden die Tiere euthanasiert, der Unterkieferknochen explantiert und histologisch analysiert. Die Beurteilung der mit Hamatoxylin-Eosin, nach Goldner und Masson-Trichrom gefarbten Schnitte erfolgte qualitativ. Auf der Kontrollseite ohne Therapie ist das umliegende Muskelgewebe in den Defekt vorgefallen und hat somit eine Knochenheilung in diesem Bereich erschwert. Auf der Therapieseite mit pbh sind diese vor dem umgebenden Weichteilgewebe geschutzt. Es war in keinem der histologischen Schnitte eine komplette knocherne Durchbauung des critical size defect zu erkennen. Die Therapieseiten mit ADSC in Kombination mit Fibrinkleber und pbh zeigten eine qualitativ gute Knochenregeneration im gesamten Defektbereich. In Versuchsgruppe 3 fullen die autologen Knochentransplantate den Defektbereich aus. Es handelt sich um vitale reife Knochenfragmente. In Versuchsgruppegruppe 4 mit scaffold in Kombination mit ADSC oder ohne ADSC findet keine Knochenneubildung statt. Muskelgewebe ist in den Defektbereich vorgefallen und fullt diesen aus. In Versuchsgruppe 5 zeigt die Therapieseite mit ADSC in Kombination mit Kollagenscaffold und pbh eine qualitativ gute Knochenregeneration im gesamten Defektbereich. Die vorliegende Studie zeigt, dass sich ADSC in Kombination mit Fibrinkleber und protected bone healing fur den Einsatz im bone tissue engineering eignen.Verknüpfung zu Publikationen oder weiteren Datensätzen
Beschreibung
Anmerkungen
Erstpublikation in
Giessen : VVB Laufersweiler