Ziel dieser Arbeit ist die Etablierung eines standardisierten in vitro Integrationsmodells für Regeneratknorpelgewebe (tissue engineered cartilage, im weiteren als TE-Knorpelblock bezeichnet). Ein TE-Knorpelblock soll in einer Gewebekultur mit einem Gelenkknorpelblock überlappend kultiviert und im Anschluss ein mögliches Zusammenwachsen beider Blöcke mechanisch untersucht werden.
Nach mehreren Vorversuchen zum Schneiden des TE-Knorpels, ist ein spezielles Schneideinstrument entwickelt worden, mit dem Schnittdicke und Oberflächenqualität wesentlich verbessert werden konnten.
TE-Knorpelblöcke mit einer Schichtdicke von 300 µm lieferten in diesem Integrationsmodell die besten Quervernetzungsergebnisse, was auf den höheren Anpressdruck zurückzuführen ist. Dieser wird auch durch die Lage der Integrationspartner in der Kulturkammer beeinflusst, wenn der mechanisch festere native Knorpel den Stempeldruck aufnimmt. Die Quervernetzung der Knorpelpaare kann auch durch eine konstante Bewegung zur erhöhten Mediumdiffusion in der Integrationsperiode nicht verbessert werden.
Die Zugabe von Ascorbinsäure zum Medium ist für eine Integration von Gelenkknorpel essentiell. In dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass der Effekt konzentrationsabhängig ist. Die besten Integrationswerte in Kombination mit der geringsten ECM-Produktion wurden bei einer Konzentration von 100 µg/ml Ascorbinsäure im Medium erzielt.
Auch die Zeit ist ein wesentlicher Faktor für die Integration. Es zeigte sich, dass eine Verdoppelung der Züchtungsperiode zwar die Eigenschaften des TE-Knorpels verbessert, sich aber nur indirekt auf die Integration auswirkt. Ganz anders hingegen ist der Effekt einer Verdoppelung der Integrationsperiode, wodurch die Integrationswerte sowohl bei nativ-TE als auch bei nativ-nativ Probenpaaren entscheidend gesteigert werden können.
Da auch für die Züchtung des TE-Knorpelstückes Insulin mit sehr großem Erfolg verwendet wurde, kamen in den Integrationsversuchen die gleichen Konzentrationen zur Anwendung.
TE-Knorpelstücke die durch Insulin im Wachstum stimuliert wurden, zeigten neben der Größe bessere mechanische Eigenschaften und erreichten dadurch höhere Integrationswerte.
Durch die Zugabe von Insulin zum Medium in der Integrationsperiode konnte ebenfalls ein stimulierender Effekt auf die Quervernetzung bewiesen werden. Die Zellzahl der Knorpelblöcke bleibt durch Insulin unbeeinflusst, die Produktion der ECM hingegen wird durch Insulin konzentrationsabhängig stimuliert.
Als zweites Hormon wurde Testosteron für die Stimulation der Knorpelintegration untersucht. Bei den Versuchen mit zwei nativen Knorpelscheiben konnte durch Testosteron die Integration im Vergleich zur Kontrollgruppe wesentlich gesteigert werden.
Bei den nativ-TE Probenpaaren kam es durch Zugabe von Testosteron zu einer Verringerung der Integrationswerte. Die Zellzahl beider Gewebe verändert sich durch Testosteron nicht, die extrazelluläre Matrixsynthese wird aber konzentrationsabhängig beeinflusst.
Vergleicht man die Integrationsdaten der nativ-TE mit denen der nativ-nativ Versuche, so zeigt sich für die Insulinzugabe ein ähnlich stimulierender Effekt. Durch die Zugabe von Testosteron kann man bei nativ-nativ ebenfalls einen positiven Effekt erkennen, bei nativ-TE Probenpaaren hingegen führt Testosteron zu einer Verringerung der Integrationswerte.
Da sich Insulin bei dem TE-Knorpelblock und Testosteron beim Knorpelblock als potenter Stimulator der Quervernetzung erwiesen hat, sollte nun abschließend untersucht werden, ob sich diese Effekte addieren würden.
Es zeigte sich aber im Vergleich zur Kontrollgruppe keine Verbesserung der Integrationswerte. Es ist somit anzunehmen, dass sich die Effekte der beiden Hormone gegenseitig aufheben, oder sich die Hormone in ihrer Wirkung gegenseitig stören. Die Proteoglykanproduktion bei beiden Geweben wurde durch die Hormonkombination signifikant gesteigert.
Mit dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass die Integration von einem in vitro gezüchteten TE-Knorpelblock mit einem nativen Knorpelblock unter standardisierten Kulturbedingungen möglich ist. Die Integration der beiden Knorpelblöcke ist von Ascorbinsäure abhängig und kann durch Hormone stimuliert, respektive behindert werden.