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- URN to cite this document:
- urn:nbn:de:bvb:355-epub-297138
| Item type: | Thesis of the University of Regensburg (PhD) |
|---|---|
| Date: | 27 March 2014 |
| Referee: | Prof. Dr. Peter Angele and Prof. Dr. Horst Helbig |
| Date of exam: | 25 March 2014 |
| Institutions: | Medicine > Lehrstuhl für Unfallchirurgie |
| Keywords: | autologe Meniskuszellen, mesenchymale Stammzellen, Tissue-Engineering, chondrogenes Potential |
| 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: | 29713 |
Abstract (German)
Hintergrund: Das Kniegelenk ist das operativ am häufigsten behandelte Gelenk und Meniskusläsionen mit den daraus resultierenden Folgeerkrankungen zählen hierbei zu den am weitesten verbreiteten Krankheiten weltweit. Bisherige Therapieansätze erzielten nicht den gewünschten Erfolg oder stellen wie die partielle Menisektomie eine präarthrotische Veränderung dar. Tissue-Engineering ist eine ...
Abstract (German)
Hintergrund:
Das Kniegelenk ist das operativ am häufigsten behandelte Gelenk und Meniskusläsionen mit den daraus resultierenden Folgeerkrankungen zählen hierbei zu den am weitesten verbreiteten Krankheiten weltweit. Bisherige Therapieansätze erzielten nicht den gewünschten Erfolg oder stellen wie die partielle Menisektomie eine präarthrotische Veränderung dar.
Tissue-Engineering ist eine vielversprechende Alternative. Im Tiermodell konnten Meniskusläsionen mittels Tissue-Engineering mit mesenchymalen Stammzellen bereits erfolgreich therapiert werden. Auch die originären, organspezifischen Meniskuszellen zeigten experimentell Erfolge bei der Behandlung von Meniskusverletzungen.
Die unterschiedliche Regenerationsfähigkeit der Menisken wird bisher in erster Linie der unterschiedlichen Vaskularisation der äußeren und inneren Anteile zugesprochen. Einige Studien lassen jedoch vermuten, dass die unterschiedliche Heilungstendenz der inneren und äußeren Zone nicht ausschließlich von der unterschiedlichen Vaskularisation der Bereiche abhängig ist, sondern auch biologische Unterschiede zwischen den Meniskuszellen des inneren und äußeren Bereichs eine Rolle spielen.
In der vorliegenden Arbeit sollen die Unterschiede im chondrogenen Potential von Zellen der vaskulären und avaskulären Zone des Meniskus weiter untersucht werden. Des Weiteren soll das chondrogene Potential von mesenchymalen Stammzellen und autologen Meniskuszellen in vitro verglichen werden.
Methoden:
Herstellung von Zellaggregaten aus Meniskuszellen des vaskulären und avaskulären Teils, sowie mesenchymalen Stammzellen. Kultivierung in chondrogenem Expansionsmedium für 21 Tage. Es erfolgten jeweils DMMB- und Kollagen II-Färbungen, sowie die quantitative Bestimmung des DNA-Gehalts und die Kollagen II-Bestimmung mittels Kollagen II ELISA.
Ergebnisse:
Vaskuläre und avaskuläre Meniskuszellen können ebenso wie mesenchymale Stammzellen erfolgreich kultiviert und chondrogen differenziert werden. Alle drei Zellreihen synthetisieren unter in-vitro-Bedingungen Kollagen II. Im Vergleich der Gruppen untereinander lassen sich keine signifikanten Unterschiede zwischen den einzelnen Gruppen nachweisen.
Zusammenfassung:
Tissue-Engineering ist ein vielversprechender Ansatz zur Regeneration von Meniskusläsionen.
Die Ergebnisse zeigen, dass sowohl vaskuläre und avaskuläre Meniskuszellen als auch mesenchymale Stammzellen erfolgreich kultiviert und chondrogen differenziert werden können. Alle drei Zellreihen produzieren Kollagen und sind damit potentiell zur Therapie von Meniskusläsionen geeignet.
Die Versuche bekräftigen die Theorie, dass die Unterschiede in der Heilungstendenz zwischen Läsionen der vaskulären und der avaskulären Zone der Menisken nicht auf zellulärer Ebene zu erklären sind. Es zeigt sich, dass kein signifikanter Unterschied in Bezug auf das chondrogene Potential der im vaskulären bzw. avaskulären Bereich angesiedelten Zellpopulationen besteht. Unter identischen in-vitro-Bedingungen liefern beide Zellpopulationen ähnliche Ergebnisse.
Mesenchymale Stammzellen zeigen ebenso ein gutes chondrogenes Potential. Signifikante Unterschiede zwischen den organspezifischen Meniskuszellen und den mesenchymalen Stammzellen bestätigen sich nicht. In vitro liefern sie unter gleichen Bedingungen ebenso gute Ergebnisse wie die organspezifischen autologen Meniskuszellen aus der vaskulären bzw. avaskulären Region des Meniskus.
Autologe Meniskuszellen sind jedoch nur begrenzt verfügbar und ihre Gewinnung stellt zudem ein Problem dar. Um entsprechende Zellen zu isolieren, muss zusätzlich zur bereits vorhandenen therapiebedürftigen Meniskusläsion ein weiterer Defekt in den Meniskus gesetzt werden. Im Gegensatz dazu sind mesenchymale Stammzellen deutlich leichter und in größeren Mengen verfügbar.
Auf Grund der besseren Bioverfügbarkeit scheint daher die Zukunft der Reparatur von Meniskusläsionen mittels Tissue-Engineering in den mesenchymalen Stammzellen zu liegen.
Translation of the abstract (English)
Background: Meniscus lesions are among the most widespread injuries of the knee worldwide. Previous treatments did not yield the desired success. Especially the partial meniscectomy as the most common treatment for meniscal tears often leads to an early onset of osteoarthritis. Tissue-engineering seems to be a promising approach for regeneration of meniscal lesions. In animal models meniscal ...
Translation of the abstract (English)
Background:
Meniscus lesions are among the most widespread injuries of the knee worldwide. Previous treatments did not yield the desired success. Especially the partial meniscectomy as the most common treatment for meniscal tears often leads to an early onset of osteoarthritis. Tissue-engineering seems to be a promising approach for regeneration of meniscal lesions. In animal models meniscal lesions were already treated successfully by tissue-engineering with mesenchymal stem cells. Furthermore autologous meniscus cells also showed promising results in meniscus tissue engineering.
The differences in the healing capacity of meniscal lesions in the inner and outer part of the meniscus are primarily due to the differences in vascularisation. Some studies suggest, that the difference in healing potential is not limited to the vascularisation but because of biological differences between cells of the inner and outer part of the meniscus.
In the following study the chondrogenic potential of cells from the vascular and avascular zone of the meniscus should be evaluated. Furthermore the chondrogenic potential of autologous meniscus cells from both origins will be compared to mesenchymal stem cells.
Methods:
Cell-aggregates of meniscus cells from the vascular and avascular part of menisci from New Zealand White Rabbits, as well as from mesenchymal stem cells of the Rabbits were made and cultured in chondrogenic medium for 21 days. The specimen were evaluated histologically (DMMB-staining), immunhistochemically (collagen II-staining) and by ELISA quantitating DNA and collagen II.
Results:
Vascular and avascular meniscus cells as well as mesenchymal stem cells can be cultured successfully and differentiated into the chondrogenic lineage. Under in-vitro-conditions all three cell types produce collagen II. Significant differences between meniscus cells either from the inner or outer zone and mesenchymal stem cells under same conditions cannot be detected.
Conclusion:
Tissue-Engineering is a promising approach for treatment of meniscal lesions.
The results of this study show, that vascular and avascular meniscus cells as well as mesenchymal stem cells can be cultured successfully and differentiated into the chondrogenic lineage. All three types of cells produce collagen and can therefore be potentially used for meniscal repair.
The results underline the theory that differences in healing between the vascular and avascular zone of the meniscus cannot be explained by cellular differences. There is no significant difference in the chondrogenic potential of cells from the inner or outer part of the meniscus. Under the same in-vitro-conditions both cell types, the vascular as well as the avascular meniscus cells show comparable results.
Furthermore mesenchymal stem cells also have chondrogenic potential. Significant differences between meniscus cells and mesenchymal stem cells under same conditions cannot be detected. In an in-vitro-setting mesenchymal stem cells show as good results as autologous meniscus cells.
However, in a clinical setting the availibility of autologous meniscus cells is limited and their preparation difficult. To isolate appropriate amount of cells intact meniscus tissue would have to be sacrificed additionally to the already existing meniscus lesion. In contrast the availability of mesenchymal stem cells for example from the iliac crest is much easier and nearly unrestricted.
Due to this bioavailability mesenchymal stem cells seem to be the future cell type for Tissue-Engineering of meniscus.
Metadata last modified: 02 Jun 2018 13:47
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