Charakterisierung von Hyaluronsäure-Matrizes hinsichtlich ihrer Besiedelbarkeit mit Knorpelzellen

Abstract

Im Rahmen des Tissue Engineering werden verschiedene Biomaterialien zellfrei oder in Kombination mit unterschiedlichen Zellen eingesetzt, um die Regeneration von geschädigtem bzw. zerstörtem Gewebe wie etwa dem Knorpel zu ermöglichen. Hyaluronsäure ist dafür sehr gut geeignet, da es ubiquitär im Körper vorkommt und ein natürlicher Bestandteil der Knorpelmatrix und Gelenkflüssigkeit (Synovialflüssigkeit) ist. Sie ist daher biokompatibel und darüber hinaus degradierbar. Daher wurden poröse Schwämmchen aus quervernetzter Hyaluronsäure bezüglich ihrer Eignung zum Einsatz in der Knorpelregeneration untersucht. Die Kultivierung von Chondrozyten in Hyaluronsäure-Schwämmchen zeigte einen positiven Einfluss auf die Expression von knorpelspezifischen Genen und den Differenzierungsstatus der Zellen. Jedoch kam es während des Kultivierungsverlaufes zum Stabilitätsverlust der Hyaluronsäure-Schwämmchen, wodurch einerseits Zellen verloren gingen und andererseits das Schwämmchen schnell abgebaut wurde. In der Folge wurde versucht, die Stabilität der Schwämmchen durch Einbetten in Kollagen-I-Gele zu erhöhen. Die Stabilität wurde dadurch wesentlich verbessert. Es gingen keine Zellen verloren. Es kam jedoch aufgrund von Interaktionen der eingebetteten Zellen mit dem Kollagen-Netzwerk zur Kontraktion der Gele. Ein Nachteil dieser Kultivierungsmethode war auch die deutlich schlechtere Expression der Chondrozyten hinsichtlich knorpelspezifischer Gene. Dies könnte durch Verwendung von Kollagen II an Stelle von Kollagen I verbessert werden.<br />Eine weitere Alternative wäre, Hyaluronsäure-Gele anstatt der Hyaluronsäure-Schwämmchen einzusetzen. Dadurch könnten möglicherweise eine Stabilitätsverbesserung und gleichzeitig eine gute Syntheseleistung von eingebetteten Zellen erreicht werden.<br />

Tissue engineering is based on the employment of various biomaterials that are used either cell-free or combined with specialized cells for regeneration of damaged or destroyed tissue like e.g.<br />cartilage. Hyaluronic acid is found ubiquitously throughout different tissues and is a natural component of the extracellular matrix of cartilage and the synovial fluid. Due to its biocompatibility and degradability, hyaluronic acid is well suited for an application in regenerative medicine. Therefore, porous sponges made out of hyaluronic acid were characterized regarding their potential use in the field of cartilage regeneration. The cultivation of human chondrocytes in these sponges showed a positive effect on the expression of cartilage specific genes as well as on the differentiation status of the chondrocytes.<br />However throughout the cultivation period the stability of the hyaluronic acid sponges decreased. Cells were lost from the scaffold and the sponge was degraded rapidly. Therefore it was tried to increase the stability of the sponges by embedding them into collagen-I-gels. Indeed the stability increased and no cells were lost at all. But interactions between the embedded cells and the collagen-I-network caused a contraction of the gel. Another disadvantage of this method of cultivation was a worse expression of cartilage specific genes by embedded chondrocytes. In order to enhance the synthesis performance of the cells, collagen II might be used instead of collagen I. Another possibility would be the use of hyaluronic acid gels instead of hyaluronic acid sponges. Thereby the stability as well as the synthetic capacity of the cells could possibly be increased.