Platelet-Rich Plasma as an Autologous and Proangiogenic Cell Delivery System

Item type:	Thesis of the University of Regensburg (PhD)
Open Access Type:	Primary Publication
Date:	2020
Referee:	PD Dr. Markus Loibl and Prof. Dr. Dr. Lukas Prantl
Date of exam:	14 January 2020
Institutions:	Medicine > Lehrstuhl für Unfallchirurgie Medicine > Lehrstuhl für Orthopädie
Keywords:	PRP / autologous / cell delivery system / MSCs / HUVECs/ neovascularization/ proangiogenic
Dewey Decimal Classification:	500 Science > 500 Natural sciences & mathematics 500 Science > 570 Life sciences 600 Technology > 610 Medical sciences Medicine
Status:	Published
Refereed:	Yes, this version has been refereed
Created at the University of Regensburg:	Partially
Item ID:	41432

Abstract (English)

Angiogenesis is a key factor in early stages of wound healing and is crucial for the repair of vascularized tissues such as the bone. However, supporting timely revascularization of the defect site still presents a clinical challenge. Tissue engineering approaches delivering endothelial cells or prevascularized constructs may overcome this problem. In the current study, we investigated ...

Abstract (English)

Angiogenesis is a key factor in early stages of wound healing and is crucial for the repair of vascularized tissues such as the bone. However, supporting timely revascularization of the defect site still presents a clinical challenge. Tissue engineering approaches delivering endothelial cells or prevascularized constructs may overcome this problem. In the current study, we investigated platelet-rich plasma (PRP) gels as autologous, injectable cell delivery systems for prevascularized constructs. PRP was produced from human thrombocyte concentrates. GFP-expressing human umbilical vein endothelial cells (HUVECs) and human bone marrow-derived mesenchymal stem cells (MSCs) were encapsulated in PRP gels in different proportions. The formation of cellular networks was assessed over 14 days by time-lapse microscopy, gene expression analysis, and immunohistology. PRP gels presented a favorable environment for the formation of a three-dimensional (3D) cellular network. The formation of these networks was apparent as early as 3 days after seeding. Networks increased in complexity and branching over time but were only stable in HUVEC-MSC cocultures. The high cell viability together with the 3D capillary-like networks observed at early time points suggests that PRP can be used as an autologous and proangiogenic cell delivery system for the repair of vascularized tissues such as the bone.

Translation of the abstract (German)

Angiogenese ist eine unabdingbare Voraussetzung für die frühen Stadien der Wundheilung und trägt in Geweben, wie z.B. Knochen, entscheidend dazu bei, dass Gewebe wiederhergestellt werden können. Im klinischen Kontext ist es oft eine Herausforderung, dass ausreichend Gefäße in Geweben im kurzen Zeitfenster neuentstehen. Es wurde gezeigt, dass die Prozesse der Neo-Vaskularisierung für implantierte ...

Translation of the abstract (German)

Angiogenese ist eine unabdingbare Voraussetzung für die frühen Stadien der Wundheilung und trägt in Geweben, wie z.B. Knochen, entscheidend dazu bei, dass Gewebe wiederhergestellt werden können. Im klinischen Kontext ist es oft eine Herausforderung, dass ausreichend Gefäße in Geweben im kurzen Zeitfenster neuentstehen. Es wurde gezeigt, dass die Prozesse der Neo-Vaskularisierung für implantierte Trägermaterialien eine große Zeitspanne benötigen, sodass die Blutversorgung nicht ausreichend für diese Trägermaterialien gewährleistet werden kann. Trägermaterialien mit bereits bestehenden Gefäßkonstrukten haben dahingegen den Vorteil, dass sie von einem schnellen Anschluss an das Blutsystem profitieren und somit eine vielversprechende Alternative darstellen.
Das autologe Produkt Platelet-Rich-Plasma stellt in der Literatur ein wichtiges Trägermedium für Zellen, z.B. für mesenchymale Stammzellen dar, da es angiogene Eigenschaften enthält, die Vaskularisierungsprozesse begünstigen.
In der aktuellen Studie wurde PRP, was aus humanem Thrombozytenkonzentrat gewonnen wurde, untersucht mit dem Hinblick auf ein autologes, injizierbares, prävaskularisiertes Trägersystem. HUVECs (human umbilical vein endothelial cells), die mit GFP angereichert waren und humane, mesenchymale Stammzellen (MSCs) wurden in die PRP-Gele für 14 Tage inkorporiert. Die zelluläre Netzwerkformation wurde über 14 Tage sowohl mittels "Time-lapse"-Mikroskopie und Genexpressionsanalyse als auch mittels Immunhistologie untersucht. Es stellte sich heraus, dass PRP als geeignetes Medium eine 3D-Netzwerkformation begünstigt, sodass Netzwerke nach 3 Tagen vorhanden waren und in ihrer Komplexität über die Zeit zunahmen. Nur in den HUVEC-MSC-Cokulturen blieben diese dennoch stabil. Die Realisierbarkeit, dass Zellen in 3D-Kulturen gehalten werden können und zudem auch nach kurzer Zeit 3D-Netzwerkformationen entstehen lassen, ist vielversprechend für die Annahme, dass PRP als autologes und proangiogenes Zellträgersystem verwendet werden kann, um vaskularisiertes Gewebe - wie z.B. Knochen - heilen lassen zu können.

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