@phdthesis{Kremer2019,
  author    = {Kremer, Antje},
  title     = {Tissue Engineering of a Vascularized Meniscus Implant},
  doi       = {10.25972/OPUS-18432},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-184326},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2019},
  abstract  = {The knee joint is a complex composite joint containing the C-shaped wedge-like menisci composed of fibrocartilage. Due to their complex composition and structure, they provide mechanical resilience to the knee joint protecting the articular cartilage. Because of the limited repair potential, meniscal injuries do not only affect the meniscus itself but also lead to altered joint homeostasis and inevitably to secondary osteoarthritis. The meniscus was characterized focusing on its anatomy, structure and meniscal markers such as aggrecan, collagen type I (Col I) and Col II. The components relevant for meniscus tissue engineering, namely cells, Col I scaffolds, biochemical and biomechanical stimuli were studied. Meniscal cells (MCs) were isolated from meniscus, mesenchymal stem cells (MSCs) from bone marrow and dermal microvascular endothelial cells (d-mvECs) from foreskin biopsies. For the human (h) meniscus model, wedge-shape compression of a hMSC-laden Col I gel was successfully established. During three weeks of static culture, the biochemical stimulus transforming growth factor beta-3 (TGF beta-3) led to a compact collagen structure. On day 21, this meniscus model showed high metabolic activity and matrix remodeling as confirmed by matrix metalloproteinases detection. The fibrochondrogenic properties were illustrated by immunohistochemical detection of meniscal markers, significant GAG/DNA increase and increased compressive properties. For further improvement, biomechanical stimulation systems by compression and hydrostatic pressure were designed. As one vascularization approach, direct stimulation with ciclopirox olamine (CPX) significantly increased sprouting of hd-mvEC spheroids even in absence of auxiliary cells such as MSCs. Second, a cell sheet composed of hMSCs and hd-mvECs was fabricated by temperature triggered cell sheet engineering and transferred onto the wedge-shaped meniscus model. Third, a biological vascularized scaffold (BioVaSc-TERM) was re-endothelialized with hd-mvECs providing a viable vascularized network. The vascularized BioVaSc-TERM was suggested as wrapping scaffold of the meniscus model by using two suture techniques, the all-inside-repair (AIR) for the posterior horn, and the outside-in-refixation (OIR) for the anterior horn and the middle part. This meniscus model for replacing torn menisci is a promising approach to be further optimized regarding vascularization, biochemical and biomechanical stimuli.},
  subject      = {Meniskus},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Ruecker2019,
  author    = {R{\"u}cker, Christoph},
  title     = {Development of a prevascularized bone implant},
  doi       = {10.25972/OPUS-17886},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-178869},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2019},
  abstract  = {The skeletal system forms the mechanical structure of the body and consists of bone, which is hard connective tissue. The tasks the skeleton and bones take over are of mechanical, metabolic and synthetic nature. Lastly, bones enable the production of blood cells by housing the bone marrow. Bone has a scarless self-healing capacity to a certain degree. Injuries exceeding this capacity caused by trauma, surgical removal of infected or tumoral bone or as a result from treatment-related osteonecrosis, will not heal. Critical size bone defects that will not heal by themselves are still object of comprehensive clinical investigation. The conventional treatments often result in therapies including burdening methods as for example the harvesting of autologous bone material. The aim of this thesis was the creation of a prevascularized bone implant employing minimally invasive methods in order to minimize inconvenience for patients and surgical site morbidity. The basis for the implant was a decellularized, naturally derived vascular scaffold (BioVaSc-TERM®) providing functional vessel structures after reseeding with autologous endothelial cells. The bone compartment was built by the combination of the aforementioned scaffold with synthetic β-tricalcium phosphate. In vitro culture for tissue maturation was performed using bioreactor technology before the testing of the regenerative potential of the implant in large animal experiments in sheep. A tibia defect was treated without the anastomosis of the implant's innate vasculature to the host's circulatory system and in a second study, with anastomosis of the vessel system in a mandibular defect. While the non-anastomosed implant revealed a mostly osteoconductive effect, the implants that were anastomosed achieved formation of bony islands evenly distributed over the defect. In order to prepare preconditions for a rapid approval of an implant making use of this vascularization strategy, the manufacturing of the BioVaSc-TERM® as vascularizing scaffold was adjusted to GMP requirements.},
  subject      = {Tissue Engineering},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Schulz2019,
  author    = {Schulz, Christian Andreas},
  title     = {Tissue Engineering einer autologen Neofaszie in Kombination mit synthetischen Netzen im dynamischen Bioreaktor: Morphometrie und explorative Gen-Expressionsanalyse},
  doi       = {10.25972/OPUS-19187},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-191876},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2019},
  abstract  = {Zusammenfassung Einleitung: Die Inzidenz von Narbenhernien (operativ erworbene Schwachstellen der Bauchwand) ist abh{\"a}ngig von der Art der vorhergegangen Operation, nach Laparaskopien ist sie um einiges niedriger als nach Laparotomien, wird aber mit 2-20\% in der Literatur angegeben. Aufgrund der m{\"o}glichen Komplikationen (Platzbauch, Darminkarzeration, Schmerzen, Funktionseinschr{\"a}nkung, …) stellen Narbenhernien oftmals große Belastungen f{\"u}r die Patienten dar. Die operative Sanierung, in Abh{\"a}ngigkeit von Gr{\"o}ße und Lage, wird zumeist durch einbringen eines Netzgewebes erreicht. Dieser Fremdk{\"o}rper kann seinerseits wieder Komplikationen hervorrufen (Infektionen, Funktionsverlust, Schmerzen, Fisteln), die bis zur Explantation des Netzgewebes f{\"u}hren k{\"o}nnen. Das Risiko f{\"u}r das Auftreten von Narbenhernien bzw. deren Rezidiven h{\"a}ngt von vielen Faktoren ab, als Risikofaktoren wurden unter anderem Rauchen, m{\"a}nnliches Geschlecht, Alter >45 Jahre und ein BMI >25 kg/cm² ausgemacht. Ein Teilbereich des Tissue Engineerings ist die Entwicklung von Modellen, anhand derer in vitro Prozesse des menschlichen K{\"o}rpers nachvollzogen werden k{\"o}nnen. Mit dieser Arbeit soll ein Modell etabliert werden Anhand dessen die Untersuchung der Kollagenproduktion und der Netzinkorporation bzw. die Auswirkungen verschiedener Risikofaktoren auf diese Prozesse in vitro erm{\"o}glicht werden soll. Weiterhin wurden Studienfragen formuliert, die sich sowohl mit der Durchf{\"u}hrbarkeit dieser Methode abzielten, als auch gezielt nach der St{\"u}tzung der These der „guten und schlechten Heiler" durch diese Arbeit abzielten. Sowie nach der Vergleichbarkeit der Ergebnisse mit bekannten Kollagenmustern die aus Netzexplantaten bekannt sind. Material und Methode: F{\"u}r die vorliegende Arbeit wurden Biopsien von Faszien bzw. Narbenhernien im Rahmen einer Operation gewonnen, aus diesen wurden die Fibroblasten isoliert und anschliessend entweder eingefroren bzw. expandiert, um sie in einer Rattenkollagenmatrix mit und ohne synthetischem Netz im dynamisch mechanischen Bioreaktor zu kultivieren. Die Biopsien wurden Anhand der Kollagen I/III Ratio in „gute und schlechte Heiler" eingruppiert. Anschließend wurden die so gez{\"u}chteten Neofaszien HE und Pikrosiriusrot gef{\"a}rbt um zum einen einen Eindruck von der Verteilung der Fibroblasten innerhalb der Neofaszie zu gewinnen, als auch Aussagen zum Kollagenmuster, der Kollagen I/III Ratio und zur Kollagendensit{\"a}t treffen zu k{\"o}nnen. Die Dicke der kultivierten Neofaszien wurde sowohl in Sirius als auch in HE F{\"a}rbung untersucht. Weiterhin wurden RT-PCR und Gene Arrays von Nativgeweben und von Neofaszien mit unterschiedlichen Netztypen durchgef{\"u}hrt. Ergebnisse: Bei gesunden Probanden konnten oftmals nicht gen{\"u}gend Zellen aus den Faszienbiopsaten gewonnen werden, deshalb wurde im Verlauf der Arbeit auf die Gewinnung von gesundem Fasziengewebe als Vergleichsgruppe verzichtet. Fibroblasten von als „schlechten Heilern" klassifizierten Patienten zeigten meist ein langsameres Wachstum in der Expansionsphase. Der Bioreaktor bereitete kaum Probleme (ein paar Faszien trockneten anf{\"a}nglich aus, dieses Problem lies sich durch bei Bedarf verk{\"u}rzten Medienwechselintervallen in den Griff bekommen. Probleme mit Kontaminationen traten nicht auf. Bei den Histologischen Untersuchungen der Neofaszien waren Fibroblasten {\"u}ber den gesamten Bereich der Neofaszie zu sehen, auch in unmittelbarer Umgebung der Netzstrukturen. Die Kollagenmuster stimmten in Ans{\"a}tzen mit den aus klinischen Netzexplantaten bekannten Mustern {\"u}berein (Polydirektional bei Polyesternetz, Konzentrisch um die Netzstrukturen bei Polypropylen). Weiterhin war eine verst{\"a}rkte Kollagenbildung quer zur Druckrichtung des Bioreaktors zu erkennen. Bei der Betrachtung der Dicke der Neofaszien zeigte sich (unter Vorbehalt, aufgrund der geringen Probenanzahl) eine Tendenz zu meist d{\"u}nneren Faszien bei „schlechten Heilern" w{\"a}hrend die Neofaszien von „guten Heilern" meist eine kleinere Streuung um den Mittelwert zeigten (einheitlicher waren). Die Kollagendensit{\"a}t und auch die Kollagen I/III Ratio lieferten Ergebnisse Anhand derer Gesagt werden kann, dass je h{\"o}her die Ausgangswerte im Nativgewebe waren, diese mit h{\"o}herer Wahrscheinlichkeit von den Neofaszien nicht erreicht werden konnten. qRT-PCR und Gene Array zeigten in der Rangkorrelation nach Spearman große {\"U}bereinstimmungen. Beantwortung der Studienfragen: Es konnte gezeigt werden, dass es m{\"o}glich ist Neofaszien mit synthetischen Netzen zu z{\"u}chten, die {\"u}ber den gesamten Bereich mit Fibroblasten besiedelt waren. Die Ergebnisse der Kollagenmorphologie zeigten in Ans{\"a}tzen die aus Netzexplantaten bekannten Muster. Bei Kollagen I/III Ratio und Densit{\"a}t war lediglich erkennbar, dass je h{\"o}her die Ausgangswerte waren, diese mit zunehmender Wahrscheinlichkeit nicht reproduziert werden konnten. Es ließ sich keine Verbindung zwischen der Kollagen I/III Ratio der Histologischen Gewebeproben und den Molekularbiologischen Ergebnissen feststellen. Weiterhin konnte die Theorie der „guten und schlechten Heiler" molekularbiologisch nicht gest{\"u}tzt werden, da die Proben der als „schlechte Heiler" Klassifizierten Biopsien st{\"a}rkere Gemeinsamkeiten mit als „gute Heiler" Klassifizierten Biopsien aufwiesen als untereinander. Es konnte gezeigt werden dass die Kultur auf die MMP-8 und Elastinproduktion keinen Einfluss zu haben scheint. Diskussion: Im Verlauf der Diskussion wurde darauf hingewiesen, dass die Kollagensynthese, und Sekretion ein komplexes und h{\"o}chst aktives System darstellt, welches im Rahmen der Wundheilung durch Co-Signalling, und der Interaktion zwischen Fibroblasten und Immunzellen (Makrophagen…) nochmals ver{\"a}ndert wird, auch dadurch bedingt, dass Fibroblasten im Verlauf der Wundheilung selbst als immunmodulierende Zellen in Erscheinung treten k{\"o}nnen. So k{\"o}nnen weiterhin die Kollagen kodierenden Gene (Col1A1, Col1A2, Col3A1) als Marker f{\"u}r die Kollagenaktivit{\"a}t herangezogen werden, da aber zwischen Synthese und Sekretion des Kollagens ein nicht zu vernachl{\"a}ssigender Teil bereits intrazellul{\"a}r wieder abgebaut wird kann nur durch Betrachtung dieser Gene die Theorie der „guten und schlechten Heiler" nicht gest{\"u}tzt werden. Durch die hohe Korrelation der Ergebnisse aus gene-Array und qRT-PCR k{\"o}nnte f{\"u}r die Zukunft vorl{\"a}ufig auf die Durchf{\"u}hrung von qRT-PCR verzichtet werden, um eventuell unterschiedliche Pathways mit dem Gene-Array zu identifizieren. Offene Fragen Ausblick und Perspektiven: Da das System der Wundheilung und Kollagensynthese und -Sekretion sehr komplex ist sollte f{\"u}r die Zukunft durch eine Kokultur mit Makrophagen bzw. durch die Zugabe von TNF-α, IL-6, PDGF, G-CSF, GM-CSF, Vitamin C oder Lysyloxidase zum Kulturmedium, gepr{\"u}ft werden ob sich eine Aktivit{\"a}tsver{\"a}nderung der Fibroblasten und damit eine andere Neofaszienstruktur erreichen l{\"a}sst. Weiterhin sollte um einer Verf{\"a}lschung der Ergebnisse durch das f{\"u}r die Gele verwendete Rattenkollagen vorzubeugen, entweder die Kulturdauer verl{\"a}ngert werden (mit dem Gedanken dass dann das gesamte Rattenkollagen durch humanes ersetzt wurde) bzw. ein Kollagenfreies Gel als Tr{\"a}gerstruktur entwickelt und verwendet werden. Um eine bessere Vergleichbarkeit der Ergebnisse des Gene-Arrays aus Spenderbiopsie und Neofaszie zu erreichen sollten die zur RNA-Gewinnung verwendeten Anteile der Biopsie noch innerhalb des OP in RNA-later bzw. in fl{\"u}ssigen Stickstoff gegeben werden, um einer verst{\"a}rkten Degradation vorzubeugen.},
  subject      = {Hernie},
  language  = {de}
}