Cell Techniques and Applied Stem Cell Biology

In vitro - Regeneration von artikulärem Knorpel im Bioreaktor und Reimplantation im Tiermodell zur Rekonstruktion irreparabler fokaler Knorpeldefekte

Zusammenfassung: Die Behandlung (osteo)chondraler Läsionen von Gelenkknorpel stellt aufgrund der geringen Selbstheilungstendenz eine klinische und wissenschaftliche Herausforderung dar. Eigene Untersuchungen auf dem Gebiet der Kultivierung und Stimulierung von Knorpelzellkonstrukten in vitro führten zur Entwicklung eines Mini-Bioreaktors, welcher in einen GMP-geeigneten Bioreaktorkreislauf implementiert werden kann.

Aseptischer Bioreaktor (links) in einer Kulturstation zur Perfusion und mechanischen Belastung von autologen Knorpelzelltransplantate (rechts).

Ziel des Projektes ist es, autolog gewonnenen Knorpel aus dem Schafskniegelenk in vitro im Biorektor zu regenerieren und in einem zweiten Schritt in einem generierten fokalen Knorpeldefekt zu reimplantieren.

Defektsetzung in die Hauptbelastungszone beider Kniegelenke am Merino-Wollschaf.

Implantation eines autologen Matrixgekoppelten Chndrozytentransplantats (CaReS^®) in den chronifizierten Knorpeldefekt .

Nach 1, 3 und 6 Monaten werden die Kniegelenke explantiert und mit der International Cartilage Repair Society-Klassifikation (ICRS) für Knorpelregeneration histologisch analysiert. Die Studie bildet die Grundlage zur Etablierung eines Knorpeldefektmodells am Schafsknie, an dem in zukünftigen Projekten modifizierte Knorpelkonstrukte und „Tissue - engineered“ Knochen-Knorpel-Konstrukte auf ihre Biokompabilität hin untersucht werden sollen. Präklinische Studien am Großtiermodell unter vergleichbaren Belastungen und ähnlichem operativen Aufwand wie am Menschen sollen die Basis für die Anwendung im klinischen Bereich legen.
 

Therapie osteochondraler Defekte mittels biphasischer Konstrukte aus autologen vordifferenzierten Stammzellen versus osteochondraler autologer Transplantation (OAT) im Tiermodell

Zusammenfassung: Die Therapie größerer osteochondraler Defekte ist aufgrund fehlender Spontanheilung eineklinische und wissenschaftliche Herausforderung. Beim derzeitigen klinischen Goldstandard, der Transplantation autologer osteochondraler Zylinder kommt (OAT) es zu einer frühzeitigen Degeneration.
Ziel des Projektes ist die Rekonstruktion osteochondraler Defekte mittels biphasischer Konstrukte aus autologen vordifferenzierten Stammzellen. In einem ersten Schritt erfolgt eine beidseitige osteochondrale Defektsetzung am Schafsknie, die Entnahme mesenchymaler Stammzellen und das Tissue Engineering von biphasischen osteochondralen Konstrukten auf Basis von ß-Tricalciumphosphatzylindern (Cerasorb®, Curasan AG) und einer Kollagen-I-Matrix nach dem CaReS®.

Tissue-Engineering von matrixgekoppelten Knorpeltransplantaten aus Knochenmarksstammzellen zur Implantation in einen osteochondralen Defekt der Fermurkondyle beim Merino-Schaf.

Tissue-Engineering von ß-Tricalciumphosphatzylindern mit osteogen vordifferenzierten Knochenmarkstammzellen.

In einem zweiten Schritt erfolgt die Implantation dieser Konstrukte in den nun chronifizierten osteochondralen Defekt. In der gleichen Operation wird auf der Gegenseite eine klassische osteochondrale Zylindertransplantation (OAT) zur Defektdeckung durchgeführt. Die Explantation der Kniegelenke erfolgt nach Standzeiten von 6 und 12 Monaten.

Defektsetzung in der Hauptbelastungszone der Femurkondyle, fortschreitende Chronifizierung des Knorpeldefektes nach 6 Wochen und Einheilung des Transplantates nach 12 Monaten.

Die Defektzonen werden mit der International Cartilage Repair Society-Klassifikation (ICRS) für Knorpelregeneration histologisch analysiert. Der Vergleich mit der Transplantation osteochondraler Zylinder lässt sich neben einer quantitativen auch eine qualitative Einschätzung der biphasischen Konstrukte vornehmen. Das Projekt bildet als Studie am Großtiermodell unter vergleichbaren Belastungen und ähnlichem operativen Aufwand wie am Menschen die Basis für die Anwendung von biphasischen osteochondralen Konstrukten auf Stammzellbasis im klinischen Bereich.