@phdthesis{Franke2023, author = {Franke, Christian}, title = {Gelenkknorpelintegration im Tissue Engineering: Untersuchung von Polyethylenglykol- und Hyalurons{\"a}ure-Komponenten f{\"u}r ein Adh{\"a}sivum und Etablierung eines biomechanischen Versuchsmodells}, doi = {10.25972/OPUS-32337}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-323375}, school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg}, year = {2023}, abstract = {Gelenkknorpel besitzt aufgrund seiner avaskul{\"a}ren Natur und der fehlenden mitotischen Aktivit{\"a}t der Chondrozyten bei Sch{\"a}den kaum Potential zur Selbstheilung. Traumatische L{\"a}sionen und degenerative Ver{\"a}nderungen m{\"u}nden im Krankheitsbild der Osteoarthrose, welches mit dem Untergang des Gelenkknorpels einhergeht. Ein neuerer Therapieansatz ist das Tissue Engineering von Gelenkknorpel, wobei jedoch die laterale Integration der Implantate mit dem nativen Knorpelgewebe problematisch bleibt. Ein Adh{\"a}sivum kann neben einer ad{\"a}quaten Sofortadh{\"a}sion die Langzeitintegration f{\"o}rdern. In dieser Arbeit wurden verschiedene Polyethylenglykol (PEG)-basierte Zweikomponentenkleber, ausgehend vom kommerziell erh{\"a}ltlichen Gewebekleber CoSeal™, auf ihre Eignung f{\"u}r Gelenkknorpel untersucht. Dabei wurde Hyalurons{\"a}ure (HA) als physiologischer Bestandteil von Gelenkknorpel in thiolierter Form (HA-SH) als Komponente verwendet und auf seine prointegrativen Eigenschaften untersucht. Der den CoSeal™-Komponenten entsprechende 4-Succinimidyl-Glutarat/4-Thiol-PEG (4SG/4T-PEG)-Kleber hatte sich trotz seiner hohen Sofortadh{\"a}sionskraft auch nach der Substitution des 4T-PEG mit HA-SH als zu schnell in fl{\"u}ssiger Umgebung degradierend gezeigt, um eine suffiziente Langzeitintegration zu erreichen. Durch die Verwendung der langsamer degradierenden funktionellen 4-Succinimidyl-Carbonat-PEG (4C-PEG)-Komponente konnte die Langzeitadh{\"a}sionskraft in Kombination mit 4-Amin-PEG (4A-PEG) durch die stabilere Amid-Bindung zum einen und in Kombination mit HA-SH zum anderen signifikant gesteigert werden. Immunhistochemisch konnten bei beiden HA-haltigen Klebern Zeichen von Knorpelintegration nachgewiesen werden, w{\"a}hrend der 4C/4A-PEG-Kleber keine Integrationszeichen aufwies. Im 3-(4,5-Dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyltetrazolium Bromid (MTT)-Assay war bei keinem Adh{\"a}sivum eine zytotoxische Wirkung zu erkennen. Insgesamt bieten die untersuchten PEG-basierten Adh{\"a}siva im Vergleich zu den weitverbreiteten Fibrinklebern eine deutlich h{\"o}here Sofortadh{\"a}sion, welche vergleichbar mit glutaraldehydbasierten Klebern ist. Allerdings k{\"o}nnen die initialen adh{\"a}siven Kr{\"a}fte, trotz histologisch nachweisbaren Integrationszeichen bei Inkorporation von HA, nicht langfristig aufrechterhalten werden, so dass Fibrinkleber weiterhin die Spitzengruppe in Sachen Langzeitadh{\"a}sion bilden. Da PEG eine ausgezeichnete Biokompatibilit{\"a}t, einfache Anwendbarkeit und zahlreiche weitere chemische Anpassungsm{\"o}glichkeiten zur Feinabstimmung der Degradationseigenschaften bietet, ist in Zukunft ein erfolgreicher Einsatz auch im Bereich von Gelenkknorpel denkbar. F{\"u}r die experimentelle Untersuchung von Adh{\"a}siva und Gelenkknorpel werden biomechanische Versuchsmodelle ben{\"o}tigt. Der Tensile-Test des Sandwich-Modells konnte im Rahmen dieser Arbeit erfolgreich etabliert und ein Protokoll festgelegt werden. In einem vergleichenden Versuch mit dem Push-Out-Test des Disc-Ring-Modells, welches als Referenzmodell dient, konnte in Bezug auf die Reproduzierbarkeit und Qualit{\"a}t der Messergebnisse die Gleichwertigkeit gezeigt werden. Insgesamt bietet er eine gute Alternative zum Push-Out-Test, um weiterf{\"u}hrende Fragestellung, wie z.B. extrinsische Kraftwirkungen auf das Konstrukt, zu untersuchen.}, subject = {Knorpel}, language = {de} } @phdthesis{Meister2022, author = {Meister, Johannes Maximilian}, title = {Untersuchung zweier Gewebekleber auf Basis von Fibrinogen und Gelatine zur Knorpeladh{\"a}sion und -integration in einem In vitro Push-out-Modell}, doi = {10.25972/OPUS-28007}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-280078}, school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg}, year = {2022}, abstract = {Osteoarthrose ist eine h{\"a}ufige Erkrankung des Menschen, die mit einer deutlichen Morbidit{\"a}t und k{\"o}rperlichen Einschr{\"a}nkungen assoziiert ist. Weil Knorpelgewebe avaskul{\"a}r ist und die Chondrozyten sich in einem postmitotischen Zustand befinden, besitzt Knorpel nur sehr geringes Selbstheilungspotenzial. Es gibt momentan keine effektive Therapie der Arthrose. Obwohl regenerative Ans{\"a}tze mit dem Tissue Engineering von Knorpelgewebe vielversprechende Therapiealternativen darstellen, stellt die mangelnde laterale Integration von Knorpelgewebe ein chronisches Problem dar, das die Implantation von Knorpelkonstrukten vor Schwierigkeiten stellt. Die optimale Integrationsmethode sollte das Gewebe stark verbinden, klinisch schnell und einfach angewendet werden k{\"o}nnen, ein hohes Maß an Biokompatibilit{\"a}t besitzen und außerdem die Gewebereparatur f{\"o}rdern. In dieser Arbeit wurden natives Fibrinogen und unmodifizierte Gelatine in gel{\"o}ster Form mittels einer neuartigen und schnellen Photooxidationsmethode unter Verwendung von Rutheniumkomplexen und Licht aus dem sichtbaren Spektrum zu Klebern vernetzt. Dabei ließ sich feststellen, dass insbesondere der Kleber aus Ruthenium und Gelatine Potenzial besitzt, Einsatz als Bioadh{\"a}sivum im Bereich Tissue Engineering von Knorpelgewebe zu finden. Ausschlaggebend daf{\"u}r ist die Herstellung einer suffizienten Sofortadh{\"a}sion zwischen gegen{\"u}berliegenden Knorpelfl{\"a}chen einerseits, sowie die F{\"o}rderung der Langzeitintegration andererseits, die f{\"u}r eine Stimulierung der Gewebereparatur im echten Knorpeldefekt vielversprechend ist. Weitere Forschung ist jedoch n{\"o}tig, um die Abgrenzung der mechanischen Integration gegen{\"u}ber der Kontrollgruppe besser zu unterstreichen und das Material weiteren Untersuchungen wie einer Analyse des Quellverhaltens zu unterziehen. Schließlich sollte das regenerative Potenzial des Gewebeklebers in in vivo Tiermodellen weiter systematisch untersucht werden. Zudem lieferte diese Arbeit vielversprechende Ergebnisse f{\"u}r den potenziellen Einsatz von RuGel im Bereich hydrogelbasiertes Tissue Engineering.}, subject = {Ruthenium}, language = {de} } @phdthesis{Buss2021, author = {Buss, Alexa}, title = {Testung verschiedener Strategien f{\"u}r die Regeneration von Knorpeldefekten im Ex vivo-Testsystem}, doi = {10.25972/OPUS-24671}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-246714}, school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg}, year = {2021}, abstract = {Die Degeneration des Gelenkknorpels ist Hauptursache f{\"u}r chronische Schmerzen und eine dadurch bedingte Einschr{\"a}nkung der Lebensqualit{\"a}t. F{\"u}r die Sozialversicherungssysteme ist dies mit steigenden Kosten verbunden. Gegenw{\"a}rtige Behandlungsoptionen wie die Mikrofrakturierung oder die (matrix-assoziierte) Autologe Chondrozytentransplantation (M-) ACT f{\"u}hren zu einem minderwertigen Reparaturgewebe aus Faserknorpel mit unzureichenden mechanischen Eigenschaften an der Defektstelle. Es besteht ein Bedarf an der Entwicklung und Testung neuer Knorpeltherapien, die ein funktionelles Reparaturgewebe f{\"u}r nachhaltige Beschwerdefreiheit erzeugen. Das hier verwendete k{\"u}rzlich etablierte osteochondrale Ex vivo-Testsystem (EVTS) eignet sich zur Evaluation unterschiedlicher zellbasierter Behandlungsans{\"a}tze f{\"u}r die Knorpelregeneration. Aus der medialen Femurkondyle von Schweinen wurden zylindrische 8 mm große osteochondrale Explantate (OCE) isoliert. Es wurden Knorpel-Knochendefekte und reine Knorpeldefekte kreiert und mit autologen Schweine-Chondrozyten (CZ) bzw. einer Mischung aus CZ und mesenchymalen Stammzellen (MSC) gef{\"u}llt, die in Kollagen Typ I Hydrogel eingebettet waren. Nach vierw{\"o}chiger Kultivierung wurden die Proben histologisch und immunhistochemisch gef{\"a}rbt (Safranin-O-F{\"a}rbung, Kollagen Typ II, Aggrekan), die Zellvitalit{\"a}t (Lebend-Tot-F{\"a}rbung) {\"u}berpr{\"u}ft und die extrazellul{\"a}re Matrixproduktion analysiert. Nach vierw{\"o}chiger Kultur im EVTS in Normoxie und Hypoxie zeigten sich die in Kollagen-I-Hydrogel eingebetteten Zellen lebensf{\"a}hig. Die Auswertung der verschiedenen Ans{\"a}tze erfolgte {\"u}ber den standardisierten ICRS-II-Score der International Cartilage Repair Society (ICRS) mit drei unabh{\"a}ngigen Bewertern. Insgesamt resultierten bessere Ergebnisse im Hinblick auf die Matrixsynthese in den Monokulturen aus CZ im Vergleich zu den Co-Kulturen aus CZ und MSCs. Da dieser Unterschied nicht groß war, k{\"o}nnten MSCs zur Einsparung autologer CZ eine Alternative in der Behandlung von Knorpeldefekten darstellen. Hypoxie spielte eine Rolle bei reinen Knorpeldefekten, nicht bei Knorpel-Knochendefekten. Dies best{\"a}tigt die Bedeutung des physiologischen hypoxischen Milieus des Gelenkknorpels, das einen niedrigen Sauerstoffgehalt von 2-5 VII \% aufweist. Die Ergebnisse zeigen, dass die unterschiedlichen Faktoren aus Zellkombination, Knorpeldefektgr{\"o}ße und Kultivierung in Hypoxie oder Normoxie Einfluss auf die Ausbildung der extrazellul{\"a}ren Matrix haben. Weiterhin fehlt jedoch das Verst{\"a}ndnis f{\"u}r die genauen Mechanismen des Knorpelregenerationsverhaltens. Ex vivo-Testsysteme k{\"o}nnen dabei helfen ein weiteres Verst{\"a}ndnis zu erlangen und entsprechende Behandlungsstrategien zu evaluieren.}, subject = {cartilage}, language = {de} } @phdthesis{Wagenbrenner2021, author = {Wagenbrenner, Mike Helmut}, title = {In vitro-Charakterisierung mesenchymaler Stromazellen aus dem menschlichen H{\"u}ftgelenk}, doi = {10.25972/OPUS-23711}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-237110}, school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg}, year = {2021}, abstract = {In dieser Arbeit konnte erstmals gezeigt werden, dass plastik-adh{\"a}rent wachsende, multipotente Vorl{\"a}uferzellen, die eine f{\"u}r MSCs charakteristische Kombination von Oberfl{\"a}chenantigenen tragen, aus allen vier untersuchten Geweben des arthrotischen H{\"u}ftgelenks isoliert werden konnten. MSC-{\"a}hnliche Zellen k{\"o}nnen somit nicht nur in der Spongiosa und im Gelenkknorpel, sondern auch in der anterioren Gelenkkapsel und dem Ligamentum capitis femoris (LCF) des arthrotisch ver{\"a}nderten menschlichen H{\"u}ftgelenks nachgewiesen werden. Die FACS Analyse der Oberfl{\"a}chenantigene auf Zellen, die aus den vier unterschiedlichen Geweben eines beispielhaft gew{\"a}hlten Spenders isoliert wurden, zeigte eine deutliche Expression der Antigene CD44, CD73, CD90 und CD105. Unabh{\"a}ngig vom Nativgewebe zeigten somit alle untersuchten Zellen ein f{\"u}r MSCs charakteristisches, aber nicht spezifisches Profil an Antigenen auf ihrer Oberfl{\"a}che. Eine {\"U}bereinstimmung mit den ISCT Kriterien f{\"u}r MSCs war aufgrund der fehlenden Kontrolle h{\"a}matopoetischer Marker nicht m{\"o}glich. Die multipotente Differenzierung der isolierten Zellen erfolgte mithilfe spezifischer Differenzierungsmedien in Monolayer-Kulturen oder f{\"u}r die chondrogene Differenzierung in dreidimensionalen Pellet-Kulturen. Nach 21 Tagen konnten in allen differenzierten Kulturen histologisch und immunhistochemisch klare Zeichen der Osteo- und Adipogenese detektiert werden, w{\"a}hrend die Auswertung spezifischer Markergene eine klare Steigerung der Expression dieser im Vergleich zu den Negativkontrollen zeigte. Histologische und immunhistochemische Auswertungen best{\"a}tigten auch eine erfolgreiche chondrogene Differenzierung der Zell-Pellets aus Spongiosa, Knorpel und Kapsel. Lediglich in den chondrogen differenzierten Zell-Pellets aus dem LCF konnte immunhistochemisch keine Bildung des knorpelspezifischen Matrixproteins Col II nachgewiesen werden. Mikroskopisch zeigten vor allem die differenzierten MSC-Pellets aus Spongiosa und Knorpel morphologisch eine starke {\"A}hnlichkeit zu hyalinem Knorpelgewebe. Trotz dieser Abstufungen zeigten sich f{\"u}r die relative Expression der chondrogenen Markergene AGG, Col II und Sox-9 keine signifikanten Unterschiede zwischen den differenzierten MSC-Kulturen der vier unterschiedlichen Nativgewebe. Ein positiver Nachweis des Markers Col X wies nach 27 Tagen sowohl in differenzierten als auch in undifferenzierten Pellet-Kulturen auf eine leichte chondrogene Hypertrophie hin. Zusammenfassend zeigten sich keine signifikanten Unterschiede im Hinblick auf das osteogene und adipogene Differenzierungspotential aller untersuchten Zellen. W{\"a}hrend das chondrogene Differenzierungspotential der Zellen aus Spongiosa, Knorpel und Kapsel sich aus histologischer und immunhistochemischer Sicht {\"a}hnelte, zeigten Pellets aus dem LCF ein schw{\"a}cheres chondrogenes Differenzierungspotential in vitro. Obwohl somit erstmals MSC-{\"a}hnliche Zellen aus dem LCF und Gewebsproben, die neben dem Stratum synoviale auch das Stratum fibrosum der H{\"u}ftgelenkskapsel beinhalteten, charakterisiert wurden, sind weitere wissenschaftliche Arbeiten notwendig, um das multipotente Differenzierungspotential dieser Zellen zu optimieren.}, subject = {H{\"u}ftgelenk}, language = {de} } @phdthesis{Ruoff2020, author = {Ruoff, Heike}, title = {Wirkung von WISP-3 auf dedifferenzierte Chondrozyten und mesenchymale Stammzellen}, doi = {10.25972/OPUS-20292}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-202925}, school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg}, year = {2020}, abstract = {Wirkung von WISP-3 auf dedifferenzierte Chondrozyten und mesenchymale Stammzellen Degenerative Gelenkerkrankungen (Arthrosen) sind einige der h{\"a}ufigsten Ursachen f{\"u}r eine Vorstellung und Beratung in der allgemeinmedizinischen Praxis. Der Großteil der {\"u}ber 65-j{\"a}hrigen ist davon betroffen, wenn auch die Symptome in ihrer Auspr{\"a}gung stark variieren k{\"o}nnen. Eine urs{\"a}chliche Therapie ist bisher nicht bekannt. Es wird symptomatisch behandelt und versucht, die Symptome zu lindern und den Progress der Erkrankung zu verlangsamen. Dabei entstehen dem Gesundheitssystem durch die hohe Pr{\"a}valenz nicht unerhebliche Kosten f{\"u}r Medikamente, Physiotherapie, Operationen und Reha-Aufenthalte. Arthrosen beruhen auf Knorpelsch{\"a}digungen, die ohne Therapie immer weiter fortschreiten k{\"o}nnen und zu Schmerzen, Bewegungseinschr{\"a}nkung und Verformung des Gelenks f{\"u}hren k{\"o}nnen. Diese Knorpelsch{\"a}digungen k{\"o}nnen auf verschiedenen Ursachen beruhen wie z.B. zu hoher Belastung (bei Adipositas), Traumata oder Erkrankungen des Skelettsystems. Neue Behandlungsans{\"a}tze werden mit zunehmendem Durchschnittsalter der Bev{\"o}lkerung immer wichtiger werden. Ein Ansatzpunkt ist die weitere Erforschung von Proteinen wie z.B. WISP-3, die einen positiven Effekt auf die Knorpelhom{\"o}ostase bewirken. Die Bedeutung von WISP-3 fiel bei der Erforschung der Progressiven Pseudorheumatoiden Dysplasie auf, einer seltenen Gelenkerkrankung, die v.a. bei Kindern auftritt. Dabei treten auf Grund von Mutationen von WISP-3 St{\"o}rungen in der Knorpelhom{\"o}ostase und Gelenkarchitektur auf, die sogar eine Therapie mittels Gelenkersatz notwendig machen k{\"o}nnen. In unseren Versuchen zeigte sich, dass WISP-3 in Verbindung mit Wachstumsfaktoren eine positive Wirkung auf das Wachstum und die Differenzierung von dedifferenzierten Chondrozyten aufweist. Somit werden neue Forschungsans{\"a}tze in der Arthrosetherapie aufgezeigt. F{\"u}r die weitere Forschung kann auch auf mesenchymale Stammzellen zur{\"u}ckgegriffen werden, die vielversprechende Aussichten besonders im Tissue Engineering bieten. F{\"u}r die gesamte CCN-Familie ergeben sich noch weitere vielf{\"a}ltige Forschungsm{\"o}glichkeiten, wie z.B. in der Therapie von Mamma-, Geb{\"a}rmutter- oder Nierenzellkarzinomen.}, subject = {Knorpel}, language = {de} } @phdthesis{Weissenberger2012, author = {Weißenberger, Manuel Claudius}, title = {Chondrogene Differenzierung von humanen mesenchymalen Stammzellen zur Knorpelregeneration mittels adenoviralem Indian Hedgehog-Gentransfer}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-78014}, school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg}, year = {2012}, abstract = {Ziel dieser Arbeit war es zu untersuchen, ob mittels IHH-Gentransfer aus H{\"u}ftk{\"o}pfen gewonnene hMSCs chondrogen im Pelletkultursystem differenziert werden k{\"o}nnen und ob zugleich durch IHH eine Modulation der hypertrophen Enddifferenzierung der hMSCs in diesem System m{\"o}glich ist. IHH bestimmt in der Wachstumsfuge zusammen mit PTHrP w{\"a}hrend der endochondralen Ossifikation die Chondrozytenreifung und -differenzierung entscheidend mit und ist daher ein interessanter Kandidat zur Induktion von hyalinem oder zumindest hyalin-{\"a}hnlichem Knorpelgewebe in der stammzellbasierten Gentherapie. Nach Gewinnung und Kultivierung der hMSCs wurden diese mit Ad.GFP, Ad.IHH, Ad.IHH+TGF-β1, Ad.IHH+SOX-9 oder Ad.IHH+BMP-2 transduziert bzw. ein Teil f{\"u}r die Negativkontrolle nicht transduziert und im Anschluss alle Gruppen zu Pellets weiterverarbeitet. Histologische, biochemische sowie molekularbiologische Untersuchungen wurden an verschiedenen Zeitpunkten zur Evaluierung des chondrogenen Differenzierungsgrades sowie der hypertrophiespezifischen Merkmale der kultivierten Pellets durchgef{\"u}hrt. Es konnte durch diese Arbeit sowohl auf Proteinebene als auch auf Genexpressionsebene reproduzierbar gezeigt werden, dass prim{\"a}re hMSCs im Pelletkultursystem sowohl durch den adenoviralen Gentransfer von IHH allein als auch durch die Co-Transduktionsgruppen IHH+TGF-β1, IHH+SOX-9 und IHH+BMP-2 chondrogen differenziert werden k{\"o}nnen. Dabei zeigten alle IHH-modifizierten Pellets Col II- und CS-4-positive immunhistochemische Anf{\"a}rbungen, eine gesteigerte Synthese von Glykosaminoglykanen im biochemischen GAG-Assay sowie eine Hochregulation von mit der Chondrogenese assoziierten Genen. Das Auftreten hypertropher Merkmale bei den chondrogen differenzierten MSCs konnte durch IHH-Gentransfer nach 3 Wochen in vitro-Kultivierung nicht vollkommen unterdr{\"u}ckt werden, war jedoch besonders stark ausgepr{\"a}gt, wenn BMP-2 co-exprimiert wurde und war etwas weniger evident in der IHH+SOX-9-Gruppe. Dabei zeigte die Ad.IHH+BMP-2-Gruppe sowohl in der ALP-F{\"a}rbung als auch in dem ALP-Assay und der quantitativen RT-PCR die st{\"a}rkste Hochregulierung des hypertrophen Markers ALP. M{\"o}glicherweise brachte die {\"U}berexpression von IHH das fein aufeinander abgestimmte Regulationssystem zwischen IHH und PTHrP aus dem Gleichgewicht und k{\"o}nnte als ein Grund daf{\"u}r angef{\"u}hrt werden, warum die Hypertrophie im Pelletkultursystem nicht vollkommen supprimiert werden konnte. Es bleibt abzuwarten, ob IHH in vivo die Chondrogenese induzieren und dabei zugleich das Ph{\"a}nomen der chondrogenen Hypertrophie regulieren kann. In der Zukunft w{\"u}rde dies letztlich der stammzellbasierten Knorpelregeneration in vivo zu Gute kommen.}, subject = {Stammzelle}, language = {de} }