TY  - THES
A1  - Nöth, Alexia Irmgard
T1  - Rekonstruktion von Gelenkknorpeldefekten mit einer Kollagen I Hydrogel Matrix - klinische Ergebnisse einer Fallseriestudie
T1  - Reconstruction of articular cartilage defects with a collagen I hydrogel matrix - clinical results of a case control study
N2  - Für die Rekonstruktion von Gelenkknorpeldefekten des Kniegelenkes in Folge eines Traumas oder einer Osteochondrosis dissecans (OD) stehen verschiedene operative Verfahren zur Verfügung. Die Autologe Chondrozytentransplantation (ACT) hat sich als zuverlässiges Rekonstruktionsverfahren erwiesen. In der vorliegenden Arbeit wurde eine prospektive Fallseriestudie für eine neue Form der ACT mit einem Kollagen I Hydrogel (CaReS-Technologie) durchgeführt. Die Vorteile der Technologie liegen zum Einen darin, dass sich die Zellen homogen im Gel verteilen und zum Anderen, dass die Zellen unmittelbar nach dem Herauslösen aus dem Gelenkknorpel in das Gel eingebracht werden und dadurch eine geringere Dedifferenzierung der Chondrozyten stattfindet. Von März 2003 bis Ende 2006 wurden 29 Patienten in die Studie eingeschlossen. Die Ein- und Ausschlusskriterien erfüllten die Kriterien der Arbeitsgruppe ACT und Tissue Engineering der Deutschen Gesellschaft für Orthopädie und Unfallchirurgie. Die Eingangs- und Nachuntersuchungsbögen wurden an die IKDC Form 2000 angelehnt. Insgesamt zeigte sich ein signifikanter Anstieg des IKDC Scores im mittleren follow-up von 30,7 Monaten von 47,3 auf 74,9 bei den 29 Patienten. Bei Aufschlüsselung der Patienten bzgl. Diagnose, Defektgröße, Lokalisation und Defektanzahl zeigte sich bei den Behandlungsgruppen OD, Trauma/degenerativ, > 4 cm2, mediale Femurkondyle und Einzeldefekte eine signifikante Zunahme des IKDC Scores im zeitlichen Verlauf. Der postoperative Schmerz zeigte einhergehend mit dem Anstieg des IKDC Scores eine signifikante Abnahme der Schmerzintensität in den Behandlungsgruppen OD, Trauma/degenerativ, > 4 cm2, mediale Femurkondyle und Einzeldefekte. Nachgewiesen wurde ebenfalls ein Anstieg des SF36 Scores, der den gegenwärtigen Gesundheitszustand sowohl körperlich als auch psychisch beurteilt. Zusammen mit einer globalen Patientenzufriedenheit von 80% und einem IKDC Funktionsstatus von I und II bei 77% der Patienten spiegeln die gewonnenen Daten die Ergebnisse der klassischen ACT bzw. anderer matrixgekoppelten Verfahren wieder. Die CaReS-Technologie stellt somit ein gleichwertiges Verfahren zu den bisher auf dem Markt befindlichen Techniken der ACT dar.
N2  - For the reconstruction of articular cartilage defects of the knee resulting from osteochondritis dissecans (OD) or trauma different surgical techgniques are available. Autologous chondrocyte implantation (ACI) has proven to be a reliable reconstructive technique. In this work, we have performed a prospective case control study using a new form of ACI with a collagen type I hydrogel (CaReS-technology). The advantages of the technology are that the cells can be distributed homogeneously within the hydrogel and immidiatly after their release from the cartilage they are brought into the gel, resulting in less dedifferentiation of the chondrocytes. From March 2003 to the end of 2006 we enrolled 29 patients in this study. The inclusion and exclusion criteria were adopted from the criteria of the working group for ACT and Tissue Engineereing of the German Society for Orthopaedic and Trauma Surgery. The inital clinical and follow-up examinations were performed according to the IKDC form 2000. In general, we found a significant increase of the IKDC score at the follow-up of 30.7 months from 47.3 to 74.9 of the 29 patients. When seperating the patients by diagnosis, defect size, defect location and defect number we found in the groups with OD, trauma/degenerativ, > 4 cm2, medial condyle and single defects a significant increase of the IKDC score over the follow-up period. The postoperative pain showed accoring to the increased IKDC score a significant decrease of the pain intensity in the groups with OD, trauma/degenerativ, > 4 cm2, medial condyle and single defects. We also found an increase of the SF36 score, which describes the current physical and mental health status. Together with a global patient satisfaction of 80% and an IKDC functional status of I and II in 77% of the patients our data reflect the results of the classical ACI, as well as other matrix-based technologies. Therefore, the CaReS-technology is comparable to other technologies which are currently on the market.
KW  - Gelenkknorpel
KW  - Hydrogel
KW  - Kollagen
KW  - Knorpelzelle
KW  - Tissue Engineering
KW  - Regenerative Medizin
KW  - Autologe Chondrozytentransplantation
KW  - Autologous Chondrocyte Transplantation
Y1  - 2010
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-52630
ER  - 
TY  - THES
A1  - Wenzel, Sonja
T1  - Etablierung eines dynamischen Kultursystems auf Calciumphosphat-Scaffolds unter Verwendung zweier verschiedener Zelllinien
T1  - Establishment of a dynamic culture system with calcium phosphate scaffolds using two different cell lines
N2  - Der Ersatz von Knochengewebe durch die Methode des Tissue Engineerings stellt eine viel versprechende Alternative zu konventionellen Therapieformen dar. Jedoch müssen die bisherigen Kulturbedingungen verbessert werden, um das Differenzierungsverhalten von Zellen optimal steuern zu können. Dabei spielt nicht nur die Wahl eines geeigneten Scaffolds und der zu verwendenden Zellen, sondern auch die des Kultursystems eine entscheidende Rolle. In einem dynamischen Kultursystem zirkuliert Medium und bietet gegenüber einem statischen Kultursystem veränderte Bedingungen bezüglich Nährstoffversorgung und Stimulation durch Flüssigkeitsscherstress. Um die Einflüsse der veränderten Bedingungen zu analysieren, wird in dieser Arbeit ein dynamisches Kultursystem etabliert. Dazu werden Calciumphosphat(CaP)-Scaffolds mit dem 3D Powder Printing System gedruckt und mit Zellen der Osteosarkomzelllinie MG63 oder der Fibroblastenzelllinie L-929 besiedelt. In 17 Versuchsreihen werden die zellbesiedelten Scaffolds bei unterschiedlichen Fließgeschwindigkeiten und über unterschiedliche Kultivierungszeiträume kontinuierlich perfundiert. Anhand der Wachstumsparameter Zellzahl und Zellviabiltät, sowie der Morphologie und räumlichen Verteilung der Zellen werden die Qualitäten der Kultursysteme untersucht und mit statischen Kultursystemen verglichen. Die mit dem 3D Powder Printing System gedruckten Scaffolds erweisen sich als geeignet: Nach 6-tägiger Kultur können unter dem Rasterelektronenmikroskop auf den CaP-Scaffolds eine reichliche Zellbesiedelung mit morphologisch gesunden Zellen, die in das Porensystem hineinwachsen, beobachtet werden. Bei beiden Zelllinien nehmen in beiden Kultursystemen die Wachstumsparameter über einen 6-tägigen Kultivierungszeitraum stetig zu und eine Langzeitkultur über 30 Tage kann in beiden Kultursystemen am Leben erhalten werden. Die kontinuierliche Perfusion in einem dynamischen Kultursystem wirkt sich auf das Zellwachstum günstig aus. Im Vergleich von dynamischen zu statischem Kultursystem über einen 6-tägigen Kultivierungszeitraum wachsen beide Zelllinien im dynamischen Kultursystem besser. Dabei spielt die Fließgeschwindigkeit im dynamischen Kultursystem auf die verbesserte Nährstoffversorgung und Stimulation durch Flüssigkeitsscherstress eine Rolle. Außerdem ist zu beachten, dass der Einfluss der Fließgeschwindigkeit des Mediums auf die einzelnen Scaffolds innerhalb des Kulturcontainers unterschiedlich ist. Dies hängt vom Strömungsprofil im Container ab und macht sich durch eine erhöhte Standardabweichung der Messwerte gegenüber der statischen Kultur bemerkbar.
N2  - The replacement of bone tissue by the method of tissue engineering represents a promising alternative to conventional forms of therapy. However, current culture conditions have to be optimized in order to control the differentiation behavior of cells. In this context, the choice of the appropriate scaffolds and cells as well as of a suitable culture system play a crucial role. In contrast to static culture systems, medium circulates in a dynamic culture system which offers changed conditions regarding nutrition and stimulation by fluid induced shear stress. To analyze the effects of changed conditions, a dynamic culture system is established in this work. For this purpose, calcium phosphate (CaP) scaffolds printed by the 3D Powder Printing System were populated with cells of the MG63 osteosarcoma cell line or of the fibroblast cell line L-929. In 17 experiments, the cultured scaffolds were perfused continuously at different flow rates and for different cultivation periods. Based on the growth parameters cell number and cell viability, as well as on the morphology and the spatial distribution of the cells, the qualities of the dynamic culture systems were compared to static culture systems. The scaffolds printed by the 3D Powder Printing System proved to be suitable: After a 6-day culture period, the CaP scaffolds showed an abundant cell colonization with morphologically healthy cells growing into the pore system which was observed under a scanning electron microscope. Using both cell lines in both culture systems, the growth parameters increased continuosly during a 6-day cultivation period and it was possible to keep a long-term culture over 30 days in both culture systems alive. The continuous perfusion in a dynamic culture system has a favorable effect on cell growth. In comparison of dynamic to static culture systems over a 6-day culture period, both cell lines grew better in the dynamic culture system. Here the flow rate in the dynamic culture system plays a major role controlling the improved nutrition and stimulation by fluid induced shear stress. Furthermore, the influence of the flow rate of the medium on the individual scaffolds within the culture container varies for the different scaffold positions. This depends on the flow profile of the container and is indicated by an increased standard deviation of the measured values when compared to the static culture.
KW  - Zellkultur
KW  - Tissue Engineering
KW  - Cell culture
KW  - tissue engineering
Y1  - 2010
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-48766
ER  - 
TY  - THES
A1  - Haddad-Weber, Meike
T1  - Development of stem cell-based ACL- and tendon reconstruction
T1  - Entwicklung Stammzell-basierter Konstrukte für den Kreuzband- und Sehnenersatz
N2  - Ruptures of the anterior cruciate ligament (ACL) and defects of the rotator cuff represent the most common ligament and tendon injuries in knee and shoulder. Both injuries represent significant implications for the patients. After an injury, the ACL and the rotator cuff both exhibit poor intrinsic healing capacities. In order to prevent further defects such as arthritis of the knee and fatty infiltration of the rotator cuff, surgical interaction is essential. In both cases, the currently used surgical techniques are far from optimal because even after the therapy many patients report problems ranging from pain and reduced mobility to complete dysfunction of the involved joint and muscles. Tissue engineering may be a possible solution. It is a promising field of regenerative medicine and might be an advantageous alternative for the treatment of musculoskeletal injuries and diseases in the near future. In this thesis, different tissue engineering based approaches were investigated. For the reconstruction of damaged or diseased ligaments and tendons, the use of MSCs and gene therapy with growth factors is especially suitable and possesses a great therapeutic potential. Therefore, the first method studied and tested in this thesis was the development of a biomaterial based construct for the repair of a ruptured ACL. The second approach represents a cell based strategy for the treatment of the fatty infiltration in the rotator cuff. The third approach was a combined cell, biomaterial, and growth factor based strategy for ACL ruptures. Biomaterial based ACL construct The implant is currently tested in a preclinical in vivo study in mini pigs. This proof-of-principle study is performed to validate the functional capability of the collagen fiber based implant under load in vivo and its population with fibroblasts which produce a ligamentogenic matrix. Cell based treatment of the fatty infiltration in the rotator cuff Regarding the treatment of the fatty infiltration of the rotator cuff in a rabbit model, the in vivo results are also promising. The group treated with autologous MSCs (+MSC group) showed a lower fat content than the untreated group (–MSC group) 6 weeks after the treatment. Furthermore, the SSP muscle of the MSC-treated animals revealed macroscopically and microscopically only few differences compared to the healthy control group. The exact underlying mechanisms leading to the positive results of the treatment are not yet fully understood and have therefore to be further investigated in the future. Cell, biomaterial, and growth factor based treatment of ACL ruptures Studies described in current literature show that collagen hydrogel scaffolds are not ideal for a complete ligament or tendon reconstruction, because of their insufficient mechanical stability. Introduced as an alternative and superior therapy, the combined strategy used in this thesis proves that the cultivation of BMP-12, -13, and IGF-1 transduced MSCs and ACL fibroblasts in a collagen hydrogel is successful. The results of the performed in vitro study reveal that the cells exhibit a fibroblastic appearance and produce a ligamentogenic matrix after 3 weeks. Furthermore, the adenoviral transduction of MSCs and ACL fibroblasts showed no negative effects on proliferation or viability of the cells nor was apoptosis caused. Therefore, the application of these cells represents a possible future therapy for a partial ligament and tendon rupture where the mechanical stability of the remaining ligament or tendon is sufficient and the healing can be improved substantially by this therapy. In general, prospective randomized clinical trials still have to prove the postulated positive effect of MSCs for the treatment of various musculoskeletal diseases, but the results obtained here are already very promising. Ideally, the treatment with MSCs is superior compared to the standard surgical procedures. Because of current safety issues the use of genetically modified cells cannot be expected to be applied clinically in the near future. In summary, the different tissue engineering approaches for novel therapies for musculoskeletal injuries and diseases invested in this thesis showed very promising results and will be further developed and tested in preclinical and clinical trials.
N2  - 7.2 Zusammenfassung Kreuzbandrupturen und Defekte im Bereich der Rotatorenmanschette stellen die häufigsten Band- und Sehnenverletzungen im Kniegelenk bzw. in der Schulter dar. Beide Verletzungen haben erhebliche Auswirkungen für den Patienten. Sowohl das Kreuzband als auch die Rotatorenmanschette weisen ein sehr schlechtes Heilungspotential nach einer Verletzung auf. Um weiteren Schäden wie einer Kniegelenksarthrose oder einer Verfettung der Rotatorenmanschette vorzubeugen, ist ein operativer Eingriff erforderlich. In beiden Fällen sind die zurzeit verwendeten Behandlungsstandards nicht optimal, da auch nach einer Therapie viele Patienten über Beschwerden klagen, die von Schmerzen und einer eingeschränkten Mobilität bis hin zu einer kompletten Dysfunktion des betroffenen Gelenks und Muskels reichen. Tissue Engineering ist ein zukunftsträchtiges Feld der Regenerativen Medizin und kann ein möglicher Lösungsansatz sein. Vor allem bei der Behandlung von muskuloskelettalen Verletzungen und Erkrankungen kann es zukünftig eine vorteilhafte Behandlungsalternative darstellen. In dieser Doktorarbeit wurden verschiedene Tissue Engineering-basierte Lösungsansätze untersucht. Zur Rekonstruktion von defektem Band- und Sehnengewebe sind sowohl der Einsatz von mesenchymalen Stammzellen (MSZ) als auch die Gentherapie mit Wachstumsfaktoren besonders geeignet und weisen ein großes therapeutisches Potential auf. Deswegen wurde in der vorliegenden Doktorarbeit als erster innovativer Therapieansatz ein Biomaterial-basiertes Konstrukt für den Ersatz eines gerissenen Kreuzbandes entwickelt und getestet. Der zweite Lösungsansatz stellt eine Zell-basierte Therapie zur Behandlung einer fettigen Atrophie der Rotatorenmanschette dar. Die dritte Methode kombiniert Zellen, Biomaterialien und Wachstumsfaktoren zur Therapie von Kreuzbandrupturen. Biomaterial-basiertes Kreuzbandkonstrukt Das Implantat wird zurzeit in einer präklinischen in vivo Studie am Mini Pig getestet. Diese Proof-of-Principle Studie wird durchgeführt, um die Funktionsfähigkeit der Kollagenfaser-basierten Implantate unter Belastung in vivo zu validieren und ihre Besiedelung mit Fibroblasten, die eine ligamentäre Matrix ausbilden, zu beobachten. Zell-basierte Behandlung der fettig-infiltrieten Rotatorenmanschette Auch bei der Behandlung der fettigen Infiltration der Rotatorenmanschette im Kaninchenmodel, wurden in vivo sehr viel versprechende Ergebnisse erzielt. Die mit autologen MSZ (+MSZ-Gruppe) behandelte Gruppe zeigte nach 6 Wochen einen deutlich geringeren Fettanteil als die unbehandelte Gruppe (-MSZ-Gruppe). Des Weiteren wies der SSP-Muskel aller MSZ-behandelten Tiere sowohl makroskopisch als auch mikroskopisch nur geringe Unterschiede im Vergleich zur gesunden Kontrollgruppe auf. Der genaue zugrunde liegende Mechanismus dieser erfolgreichen Behandlung konnte bisher noch nicht genau geklärt werden und muss in zukünftigen Studien weiter untersucht werden. Zell-, Biomaterial- und Wachstumsfaktor-basierte Behandlung von Kreuzbandrupturen In der aktuellen Literatur beschriebenen Studien zeigen, dass Kollagenhydrogel-konstrukte aufgrund der fehlenden biomechanischen Stabilität nicht geeignet sind für den kompletten Band- bzw. Sehnenersatz. Als vorteilhafte Behandlungsalternative wurde in der vorliegenden Arbeit eine kombinierte Strategie entwickelt und erfolgreich in vitro getestet: Die Kultivierung von BMP-12-, -13- bzw. IGF-1-transduzierten MSZ und Kreuzbandfibroblasten in einem Kollagenhydrogel verlief sehr viel versprechend und ergab, dass die Zellen nach 3 Wochen im Kollagenhydrogel eine fibroblastäre Morphologie aufweisen und eine ligamentäre Matrix ausbilden. Des Weiteren führte die adenovirale Transduktion der Zellen weder zu negativen Auswirkungen auf das Proliferationsverhalten noch auf die Vitalität der Zellen und löste auch keine Apoptose bei den transduzierten Zellen aus. Zukünftig kann der Einsatz dieser Zellen deswegen ein möglicher Ansatz zur Behandlung von Teilrupturen bei Bändern und Sehnen darstellen, bei denen die biomechanische Stabilität ausreichend ist und die Heilung durch die Therapie wesentlich verbessert wird. Im Allgemeinen müssen prospektive randomisierte klinische Studien zeigen, ob sich der positive Effekt der MSZ bei der Behandlung von Erkrankungen des muskuloskelettalen Systems in der Orthopädie und Unfallchirurgie bewährt, wobei die in der vorliegenden Arbeit erzielten Ergebnisse sehr Erfolg versprechend sind. Idealerweise erweist sich die Behandlung mit MSZ als deutlich vorteilhaft gegenüber den bisher etablierten chirurgischen Standardverfahren. Aufgrund der bestehenden Sicherheitsrichtlinien für den Einsatz von gentherapeutischen modifizierten Zellen ist mit deren Verwendung zur Behandlung von Band- und Sehnenerkrankungen in naher Zukunft nicht zu rechnen. Zusammenfassend führte die Untersuchung der unterschiedlichen Tissue Engineering Ansätze, die in dieser Doktorarbeit als neue Therapien zur Behandlung von muskuloskelettalen Verletzungen und Erkrankungen evaluiert wurden, zu sehr viel versprechende Ergebnisse. Diese Therapieansätze sollen weiterentwickelt und in präklinischen und klinischen Studien getestet werden.
KW  - Kreuzband
KW  - Sehne
KW  - Tissue Engineering
KW  - Mesenchymale Stammzellen
KW  - Gentherpie
KW  - Zell-basierte Therapie
KW  - ACL
KW  - tendon
KW  - MSC
KW  - genetherapy
KW  - cell-based therapy
Y1  - 2010
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-66796
ER  -