Tissue Engineering zur Reparatur avaskulärer Meniskusläsionen mit mesenchymalen Stammzellen und einer Gelatine-Hyaluronsäure-Kompositmatrix mit dem Wachstumsfaktor BMP-7

Item type:	Thesis of the University of Regensburg (PhD)
Open Access Type:	Primary Publication
Date:	26 August 2011
Referee:	Prof. Dr. Peter Angele and Prof. Dr. Dr. Torsten Reichert
Date of exam:	9 August 2011
Institutions:	Medicine > Lehrstuhl für Unfallchirurgie
Keywords:	BMP-7 (Bone morphogenetic protein-7), avascular meniscal lesions, Tissue Engineering, gelatine-hyaluronan-composite matrice, avaskuläre Meniskusläsionen, Gelatine-Hyaluronsäure-Kompositmatrix
Dewey Decimal Classification:	600 Technology > 610 Medical sciences Medicine
Status:	Published
Refereed:	Yes, this version has been refereed
Created at the University of Regensburg:	Yes
Item ID:	21827

Abstract (German)

Meniskusläsionen im avaskulären Bereich stellen in der Traumatologie nach wie vor ein schwer behandelbares Problem dar. Die derzeit durchgeführte Therapie durch arthroskopisches Entfernen des geschädigten Meniskusanteils führt durch den Materialverlust und die daraus folgenden biomechanischen Veränderungen zu einer präarthrotischen Deformität. Mit der vorliegenden Arbeit konnte gezeigt werden, ...

Abstract (German)

Meniskusläsionen im avaskulären Bereich stellen in der Traumatologie nach wie vor ein schwer behandelbares Problem dar. Die derzeit durchgeführte Therapie durch arthroskopisches Entfernen des geschädigten Meniskusanteils führt durch den Materialverlust und die daraus folgenden biomechanischen Veränderungen zu einer präarthrotischen Deformität.
Mit der vorliegenden Arbeit konnte gezeigt werden, dass mittels des Wachstumsfaktors BMP-7 sowohl in vitro die Chondrogenese, als auch die Reparatur eines Meniskusstanzdefekts im avaskulären Bereich verbessert werden kann.
In vitro konnte gezeigt werden, dass BMP-7 in steigender Konzentration die Chondrogenese verbessert und sich positiv auf das Überleben der Zellen in der Aggregatkultur auswirkt, was auf einen zellprotektiven Effekt des Wachstumsfaktors hindeutet.
In vivo zeigte sich an einem Kaninchenmodell durch die Implantation einer zellfreien Gelatine-Hyaluronsäure-Kompositmatrix in Kombination mit der Gabe von 1 µg BMP-7 keine verbesserte Defektheilung im Vergleich zur Kontrollgruppe. Eine weitere Versuchsgruppe, deren Matrix mit mesenchymalen Stammzellen und 1 µg BMP-7 besetzt war, erzielte eine verbesserte Defektheilung, welche jedoch nicht signifikant war.
Die besten Ergebnisse konnten mit einem für 14 Tage in chondrogenem Differenzierungsmedium mit BMP-7 vorkultivierten Zell-Matrixkonstrukt erzielt werden. Durch die Implantation dieser Matrices wurde der Stanzdefekt signifikant besser gefüllt als in der Kontrollgruppe.
Die gute Defektreparatur in der letztgenannten Gruppe zeigt, dass es mittels Tissue Engineering möglich ist, einen Meniskusschaden auch im avaskulären Bereich ohne zusätzlichen therapeutisch bedingten Verlust an Meniskusgewebe zu behandeln. Problematisch erscheint jedoch die Hypertrophieneigung und die Möglichkeit der Differenzierung der mesenchymalen Stammzellen in eine osteogene Linie durch die Zugabe von BMP-7.
Bei weiterer Evaluierung und Verbesserung des Therapieverfahrens wäre ein zukünftiger Einsatz für die Behandlung derartiger Schäden beim Menschen durchaus vielversprechend.

Translation of the abstract (English)

Meniscal lesions in the avascular part of the knee meniscus present a big problem in clinical treatment. The actually performed therapy that includes the arthroscopic resection of the injured part of the meniscus leads to a prearthrotic deformation. Our studies showed an improvement of in-vitro chondrogenesis as well as of the reparation of an avascular meniscal punch defect in the rabbit by ...

Translation of the abstract (English)

Meniscal lesions in the avascular part of the knee meniscus present a big problem in clinical treatment. The actually performed therapy that includes the arthroscopic resection of the injured part of the meniscus leads to a prearthrotic deformation.
Our studies showed an improvement of in-vitro chondrogenesis as well as of the reparation of an avascular meniscal punch defect in the rabbit by BMP-7.
It could be shown that in-vitro chondrogeneses is improved by increasing concentrations of BMP-7. Furthermore the growth factor has positive effects on cell-survival in the aggregat-culture. This can be interpreted as another clue to the cell-protective effect of BMP-7.
In a rabbit model we found that the implantation of a cell-free hyaluronan/collagen-composite-matrice in combination with 1 µg BMP-7 led to no improved healing compared with the control-group. The implantation of a construct of mesenchymal stem cells in combination with 1 µg BMP-7 resulted in a improved healing the punch-defect but yet the result was not significant.
The best results could be reached by implantation of a 14 days precultured construct of mesenchymal stem cells and a hyaluronan/collagen-composite-matrice. This group showed a significant better healing of the punch defect than the control-group.
The positive results of the group last named indicate that the reparation of a meniscal defect in the avascular part is possible by tissue engineering without additive loss of meniscal tissue by therapy. A side-effect, the tendence towards hypertrophy and further differentiation in osteogenic lines as a effect of BMP-7 might be a problem. Of course, the therapy requires further evaluation and improvement, but it might be a promising treatment for humans in the future.

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