In vitro Etablierung eines Kaninchenmodells zur Herstellung von hochvitalen Knochenimplantaten auf Basis osteogener Zellen und bioresorbierbarer Trägergerüste

Fargali, Samira

Die in vitro Herstellung hochvitaler und funktionaler Knochenimplantate basierend auf osteogenen Zellen und einer passenden Matrix stellt nach wie vor eine große Herausforderung für das Knochen-Tissue-Engineering dar. In der vorliegenden Dissertation wurde eine valide Kultivierungsmethode zur Herstellung von Implantaten für ein Kaninchen-Defektmodell erarbeitet. Diese umfasst die reproduzierbare Isolierung osteogener Kaninchenzellen sowie deren gezielte Expansion und Differenzierung unter Zugabe spezifischer osteogener Faktoren. Außerdem wurde der Einfluß speziesspezifischen Serums also Kaninchenserum auf die Proliferation und Differenzierung der Zellen untersucht und eine im Vergleich zu fötalem Rinderserum in unerwünschtem Maße verstärkte Adipogenese festgestellt, die eine Verwendung von Kaninchenserum für die Osteogenese ausschloss. Alternativ wurde daher ein serumreduziertes Medium entwickelt, dem ein Cytokin-Cocktail (EGF, PDGF-BB, FGF-2) zur Zellproliferation zugesetzt wurde. Das eingesetzte Perfusionsbioreaktorsystem erwies sich als gut geeignet für die Langzeitkultivierung osteogener Kaninchenzellen auf neuartigen Trägergerüstmaterialien aus Keramik (Hydroxylapatit, β-Tricalciumphosphat (CAMCERAM)) oder einem Komposit aus Keramik und PLGA-Copolymer (Osteoscaf) zur Herstellung von implantierbarem Knochenersatz und zeigte sich gegenüber parallel eingesetzten statischen oder dynamischen Kultivierungstechniken überlegen. Dies wurde durch Messung diverser Proliferations- oder Differenzierungs-spezifischer Parameter nachgewiesen und auch rasterelektronenmikroskopisch und lichtmikroskopisch in Kombination mit verschiedenen histologischen Färbungen bestätigt. Zu einer effizienteren Sauerstoffversorgung kamen versuchsweise auch Perfluorocarbonemulsionen zum Einsatz, die allerdings keine weitere Verbesserungen der Kultivierungsbedingungen ergaben sondern sich negativ auf die Zelladhärenz auswirkten.

The production of highly viable and functional bone implants based on osteogenic cells and a corresponding matrix still represents a big challenge for bone tissue engineering. In this work a valid cultivation method for the production of implants for a rabbit defect model is described. This includes a reproduceable isolation of osteogenic rabbit cells as well as their directed expansion and differentiation by adding specific osteogenic factors. Additionally, the influence of species-specific serum (rabbit serum) on cell proliferation and differentiation was examined. Compared to fetal bovine serum an undesirable enhancement of adipogenesis was observed, which was found to be not tolerable. As an alternative, a serum-reduced medium was developed, which was supplemented with a cytokine cocktail (EGF, PDGF-BB, FGF-2) for cell proliferation. The perfusion bioreactor system used proved to be well suited for the long-term cultivation of osteogenic rabbit cells on novel scaffold materials made from ceramics (hydroxyapatite, β-tri-calcium phosphate (CAMCERAM)) or composites (ceramics in combination with PLGA-copolymer (Osteoscaf)) for production of bone implants. Compared to static or dynamic cultivation protocols production in the bioreactor system was shown to be superior. This was proved by measurement of various proliferation or differentiation-specific parameters and confirmed by scanning electron microscopy as well as light microscopy in combination with several histological stains. For a more efficient oxygenation perfluorocarbon emulsions have also been evaluated. However, they were shown to interfere with cell adherence and did not improve cellular growth.

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Fargali, Samira: In vitro Etablierung eines Kaninchenmodells zur Herstellung von hochvitalen Knochenimplantaten auf Basis osteogener Zellen und bioresorbierbarer Trägergerüste. 2006.

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