Veranstaltungsprogramm

Einleitung: Aufgrund der limitierten Verfügbarkeit an Spenderorganen ist die Verbesserung des Langzeit-Transplantatüberlebens eine der größten Herausforderungen der heutigen Transplantationsmedizin. Hierbei sind insbesondere das zeitliche Auftreten von Abstoßungsreaktionen nach stattgehabter Nierentransplantation sowie die Latenz bis zur Diagnosesicherung von enormer Bedeutung. So genannte Wächter-Lappenplastiken könnten in diesem Kontext eine Möglichkeit darstellen, das Auftreten von Abstoßungsreaktionen nach Nierentransplantation frühzeitig anhand visueller Merkmale zu erkennen, um weitere diagnostische und therapeutische Schritte einzuleiten, um das Transplantatüberleben zu verbessern.

Material und Methoden: In einem Kleintiermodell mit MHC-Unverträglichkeit zwischen Spender- und Akzeptortieren erfolgten insgesamt sechs Nierentransplantationen, wobei diese bei vier Tieren mit der Transplantation eines freien epigastrischen Lappens kombiniert wurde. Als Spender für die Nieren und Lappenplastiken dienten männliche Brown-Norway Ratten (n=8), als Empfänger männliche Lewis Ratten (n=13). Postoperativ erhielten die Tiere für 14 Tage eine Immunsuppression mittels Cyclosporin (10mg/kg Körpergewicht). Anschließend wurde das Medikament abgesetzt und die Tiere im sich anschließenden 14-tätigen Zeitraum 12-stündlich auf Zeichen einer ablaufenden Abstoßung hin inspiziert. Mittels engmaschiger Blutentnahmen erfolgte die Überwachung der Serumkreatininspiegel. Nach Euthanasie der Tiere wurden die Transplantate histopathologisch aufgearbeitet.

Ergebnisse: Bei den Tieren mit isolierter Nierentransplantation (n=5), kam es nach durchschnittlich 25,2 Tagen zu einem Anstieg des Serumkreatinins auf >300% des Ausgangswertes = Abbruchkriterium. Bei den Tieren mit kombinierter Transplantation (n=5), waren nach durchschnittlich 23 Tagen eindeutige Abstoßungszeichen an der Lappenplastik erkennbar. Zu einem signifikanten Anstieg des Serumkreatinins auf >300% des Ausgangswertes in dieser Gruppe kam es nach durchschnittlich 28 Tagen. Die Latenz zwischen dem Auftreten von Abstoßungszeichen am Wächterlappen sowie dem Zeitpunkt der Euthanasie/Anstieg des Serumkreatinins betrug im Mittel 5 (±0,9) Tage und war statistisch signifikant (p < 0,05). Histologisch zeigten die Nieren der Tiere mit der kombinierten Transplantation eine erheblich schwächer ausgeprägte Abstoßung als die der Tiere, die keinen Wächterlappen erhalten hatten.

Schlussfolgerung: In unserem Modell zeigten die Wächter-Lappenplastiken eindeutige Abstoßungszeichen im Rahmen der Abstoßung einer transplantieren allogenen Niere noch vor dem relevanten Anstieg des Serumkreatininspiegels. Zusätzlich erfolgte der Anstieg des Serumkreatinins bei den Tieren mit Lappenplastik später als bei den Tieren mit isolierter Nierentransplantation. Es sind weiterführende Untersuchungen in unserem Modell notwendig, um zu evaluieren ob ein Wächter-Lappen nicht nur eine frühzeitige Detektion der Nierenabstoßung ermöglicht, sondern diese im besten Fall sogar verzögern kann.

Einleitung

Die Knorpelgelenksregeneration ist weiterhin eine große Herausforderung der modernen Medizin und Forschung. Es gibt viele Ansätze auf zellulärer Ebene, um das Ziel eines vollwertigen Ersatzes von Knorpel, besonders auch in Hinblick auf Hand- und Fingergelenke, zu erreichen. Die Verwendung geeigneter Biomaterialien in Kombination mit einer passenden Zellart einen stellt dabei einen wesentlichen Bestandteil der Forschung dar. Besonders kommerziell erhältliche Kollagenmatrices könnten hierbei gut als Substrat zur Bildung einer Knorpelmatrix fungieren. Aufgrund ihrer hohen Verfügbarkeit stellen Stammzellen aus Fettgewebe, sogenannte adipose-derived stem cells (ASCs), eine sehr interessante Alternative zu Chondrozyten im Knorpel-Tissue-Engineering dar. Der experimentelle Ansatz dieser Studie liegt besonders im Testen der Knorpelregenerationsfähigkeit von ASCs auf den ausgewählten kommerziellen Kollagenmatrices MatriDerm®, INTEGRA® und OviTex®.

Methoden

Die Experimente wurden in-vitro durchgeführt. Zu Beginn wurden die Matrices aufgrund ihrer allgemeinen Eigenschaften zur Geweberegeneration, besonders der Kompatibilität mit den verwendeten Zellen, ausgewählt. Zur ersten Analyse fungierten ein Viability-Assay (Alamar Blue) und elektronenmikroskopische Bilder. Zellen bzw. geeignetes Gewebe wurden aus vier Spendern von Liposuctionen (ASCs) gewonnen und als Pool zusammengestellt.

Zu Beginn wurden die ASCs auf den drei Matrices kultivier, nach einer Woche zur Hälfte in ein chondrogenes Differenzierungsmedium überführt und nach 3 sowie 6 Wochen analysiert. Die Analysen umfassten ein Viability-Assay (Alamar Blue) an Tagen 1,7,14, sowie ein repräsentatives LiveDead Assay an Tag 7 mittels Konfokalmikroskopie. Die Genexpressionsanalyse (qPCR) sowie histologische Untersuchungen wurden 3 und 6 Wochen nach chondrogener Differenzierung durchgeführt.

Ergebnisse

Die Ergebnisse des ASC-Versuchs ergaben eine erfolgreiche Fähigkeit der chondrogenen Differenzierung der Stammzellen auf den Matrices und teilweise ausgeprägte molekularbiologisch und histologisch erkennbare Knorpelbildung. OviTex® verzeichnete die besten Ergebnisse im Viability Assay, während vor allem MatriDerm® und INTEGRA® die Fähigkeit darstellen, ASCs zur Differenzierung zu verhelfen. Auf molekularbiologischer Ebene ist INTEGRA® die beste Matrix, während MatriDerm® in der histologischen Untersuchung hervorzuheben ist.

Schluss

Mithilfe dieses Versuches kann gezeigt werden, ob gezüchtete und chondrogen differenzierte ASCs auf einer Kollagenmatrix für die Herstellung eines Bioimplantats herangezogen werden könnten. Die Ergebnisse geben deutliche Hinweise dazu.

Introduction Bone defects remain a challenge in hand and orthoplastic surgery and are traditionally addressed via autologous bone grafting or free tissue transfer—both of which incur donor-site morbidity. Tissue engineering may offer a solution by generating bioartificial bone. In this study, we evaluated a transplant composed of demineralized bone matrix and spongious granules in an arteriovenous loop (AVL) model for bone tissue engineering. Combined with mesenchymal stem cells (MSCs) and the bone growth factor BMP-2, this approach is expected to provide favorable conditions for bone formation.

Methods Arteriovenous loops (AVLs) were created in 44 rats and embedded in a scaffold composed of demineralized bone matrix and spongious granules within a subcutaneous isolation chamber. Half of the animals (n = 22) received an additional application of 5 × 10^6 MSCs and 23 μg BMP-2 either at the time of AVL surgery (28-day group; n = 11) or via a minimally invasive injection on postoperative day 28 (56-day group; n = 11). Engineered tissue was explanted after 28 (n = 22) or 56 days (n = 22). Subsequent analyses included micro-CT imaging, hematoxylin-eosin and Masson-Goldner trichrome staining, immunohistochemistry to assess morphology and angiogenesis, gene expression profiling of bone markers by RT-PCR, and biomechanical testing to evaluate load-bearing capacity.

Results Forty-three of the constructs showed patent vessels; only one thrombosis occurred in the 56-day group with MSC/BMP-2 injection. The engineered tissue remained volumetrically stable in all experimental groups. Micro-CT analysis revealed that bone volume was significantly higher in samples treated with MSC/BMP-2 injection compared to those without injection. In biomechanical testing, the elastic modulus was significantly higher in both the 56-day group and the 28-day BMP-2 group than in the 28-day group without BMP-2.

Conclusion This study provides the first successful demonstration of a volume-stable, axially vascularized bioartificial bone tissue in a small animal model using demineralized bone matrix and spongious granules. As the next necessary step, the engineered bone will be placed into a critical-size femoral defect to evaluate its suitability for defect reconstruction.

Hintergrund: Vascularized Composite Allografts (VCA) stellen in der Transplantationsmedizin eine besondere Herausforderung dar, da die Hintergründe der Abstoßung aufgrund der vielfältigen Gewebearten und deren räumlicher Interaktionen nur unzureichend verstanden sind. Innovative Ansätze wie Spatial Transcriptomics bieten neue Möglichkeiten, diese Mechanismen auf Ebene der Genexpression zu untersuchen.

Methodik: Es wurde ein minor mismatch Hinterlauftransplantationsmodell der Ratte verwendet, um die Transkriptionsprofile während der Transplantatabstoßung zu analysieren. Die Hinterläufe wurden zu definierten Zeitpunkten nach der Transplantation kryokonserviert und Semidünnschnitte proximal des oberen Sprunggelenks angefertigt. Diese wurden histologisch (HE-Färbung), immunhistochemisch (Immunfluoreszenz) sowie mittels Spatial Transcriptomics (10x Genomics™) untersucht.

Ergebnisse: Spatial Transcriptomics wurde erstmals erfolgreich am Rattenhinterlauf angewandt. Dies war ausschließlich mit kryokonservierten Proben möglich, da formalinfixiertes und paraffineingebettetes Gewebe (FFPE) eine zu geringe Bindungskapazität aufwies. Anatomische Kompartimente des Transplantats konnten auf Transkriptomebene differenziert werden und zeigten unterschiedliche Stoffwechselaktivitäten. Erste Ergebnisse wiesen auf typische Vorgänge der Transplantatabstoßung hin, welche mit den histologischen und immunhistochemischen Ergebnissen korrelierten.

Diskussion: Die Transplantatabstoßung von VCA ist ein Zusammenspiel komplexer Prozesse, die bisher nur in Teilen verstanden sind. Spatial Transcriptomics kann dabei helfen Schlüsselkomponenten zu identifizieren, um therapeutische Ansatzpunkte ableiten zu können. Zukünftige Arbeiten sollten sich darauf konzentrieren, weitere metabolische Ebenen, wie das Proteom, zu integrieren und zusätzliche Einflussfaktoren zu berücksichtigen, um ein umfassendes Verständnis der Transplantatabstoßung zu erreichen.

Einleitung und Fragestellung:

5-Aminolävulinsäure (5-ALA) ist ein Zwischenprodukt des Häm-Zyklus, welches im nächsten Schritt zu Protoporphyrin IX (PPIX) umgewandelt wird. Die weitere Umwandlung von Protoporphyrin IX erfolgt durch Ferrochelatase, dessen Wirkung in Tumorzellen oft herabgesetzt ist. Dies führt zu einer Akkumulation von PPIX, welches die Eigenschaft hat unter Blaulicht rot zu fluoreszieren. 5-ALA wird in der Neurochirurgie regelhaft genutzt, um z.B. Glioblastome intrakraniell abzugrenzen. Dies ermöglicht es Tumorgewebe vom gesunden Gewebe zu unterscheiden,. Auch in der Diagnostik von Blasenkarzinomen mit fluoreszenzgestützter Zystoskopie wird 5-ALA (Hexvix, Cysview) bereits verwendet.

Bislang gibt es jedoch noch keine hinreichenden Untersuchungen zum Verhalten von 5-ALA mit Weichteilsarkomen. Ziel dieser Studie war es daher, das Verhalten von 5-ALA mit einer Weichteilsarkomzelllinie (U2197) in vitro zu untersuchen.

Methodik:

Es wurden verschiedene Weichteilsarkom-Zelllinien (U2197, SW872, SW982, HT1080, SYO-1, MLS-402) in Kombination mit 5-ALA auf Zytotoxizität, Fluoreszenzemission und Veränderung der Fluoreszenzemission nach Chemotherapie untersucht.

Mithilfe von Vitality-Assays (MTT und XTT) wurde der Einfluss von 5-ALA auf die Zellvitalität gemessen. Die Anreicherung der Fluoreszenz in den Zellen nach 24, 48 und 72 Stunden wurde unter einem Fluoreszenzmikroskop überprüft. Dies erfolgte nach alleiniger 5-ALA-Zugabe und nach kombinierter Zugabe von 5-ALA mit unterschiedlichen Chemotherapeutika (Doxorubicin, Ifosfamid und Doxorubicin-Ifosfamid-Kombitherapie). Die quantitative Messung der 5-ALA induzierten Fluoreszenz erfolgte mithilfe eines ELISA-Plattenlesegerätes.

Ergebnisse:

5-ALA scheint nicht zytotoxisch auf die getesteten Sarkomzellen zu wirken. Die steigende Zellvitalität bei 5-ALA-Zugabe ist vergleichbar mit der Zellvitalität ohne 5-ALA-Zugabe.

Die quantitative Analyse der Fluoreszenz mittels ELISA-Plattenlesegerät nach 5-ALA-Gabe zeigt einen deutlichen Anstieg der Fluoreszenz der Weichteilsarkomzellinien.

Mit zunehmender Inkubationszeit ist eine Zunahme der emittierten Fluoreszenz nach 5-ALA-Gabe unter dem Fluoreszenzmikroskop sichtbar.

Nach erfolgter Chemotherapie mit Doxorubicin oder Doxorubicin + Ifosfamid als Kombinationstherapie, lässt sich ein Rückgang der Fluoreszenz erkennen. Alleinige Ifosfamid-Therapie scheint keinen Einfluss auf die Fluoreszenz der Zelllinien zu haben.

Mikroskopisch lässt sich das weitgehende Absterben der Zellen nach Chemotherapie darstellen und die damit verbundene Abnahme der Fluoreszenz.

Schlussforlgerung:

Unsere Versuche zeigen, dass 5-ALA bei verschiedenen Weichteilsarkom-Zelllinien eine Fluoreszenz emittiert, die sowohl mikroskopisch als auch mittels ELISA nachgewiesen wurde. Nach Chemotherapien ist ein Rückgang der Fluoreszenz zu erkennen, was mit dem Absterben der Zellen korreliert. Diese Ergebnisse zeigen das Potenzial von 5-ALA für die Visualisierung von Weichteilsarkomen in der Sarkomchirurgie.

Hintergrund: GLP-1-Rezeptor-Agonisten (GLP-1-RA) sind Antidiabetika, die auch eine gewichtsreduzierende Wirkung zeigen und daher zunehmend an Bedeutung gewinnen. Diese Wirkung wurde bereits in mehreren randomisierten klinischen Studien bestätigt. Neben den GLP-1-RA, Liraglutid und Semaglutid, ist mittlerweile der duale Agonist Tirzepatid (GLP-1- und GIP-Rezeptor-Agonist) in Europa zugelassen, während sich ein weiterer dualer Agonist, Survodutid (GLP-1- und Glucagon-Rezeptor-Agonist), in den Phase 3 Studien befindet. Die Gewichtsreduktion durch GLP-1-RA wird primär auf ihre Effekte im zentralen Nervensystem (Appetitminderung), im Magen-Darm-Trakt (verzögerte Magenentleerung) und im Fettgewebe zurückgeführt. Die genauen Mechanismen, über die GLP-1-RA das Fettgewebe beeinflussen, sind noch nicht ausreichend erforscht. Ziel unserer Studie ist es, die Auswirkungen verschiedener GLP-1-RA auf das Regenerationspotenzial von Stammzellen aus menschlichem Fettgewebe zu untersuchen und zu vergleichen. Diese Forschung soll neue Einblicke in die zellulären Mechanismen liefern, die den gewichtsreduzierenden Effekten von GLP-1-RA im Fettgewebe zugrunde liegen.

Methoden und Ergebnisse: Humane Fettgewebsstammzellen (hASC) wurden nach gängigen Methoden isoliert und charakterisiert. Die Expression der Rezeptoren für GLP-1, GIP und Glukagon wurde immunhistochemisch bestätigt. Die anschließende Untersuchung der Proliferation/Viabilität mittels Alamarblue Assay zeigte eine signfikante Reduktion durch die unterschidliechen GLP-1-RA. Dieser Effekt konnte durch die Hinzugabe des GLP-1-Rezeptor-Antagonisten Exendin 9-39 partiell reduziert werden. Die Effekte der GLP-1-RA auf die Migration und die adipogene sowie osteogene Differenzierung sind Gegenstand unserer aktuellen Forschung und sollen ebenfalls im Rahmen des Vortrags präsentiert werden.

Schlussfolgerung: Erste Ergebnisse zeigen, dass GLP-1-RA das regenerative Potenzial von hASC reduzieren. Hierdurch können Einblicke in die zellulären und molekularen Effekte der gewichtsreduzierenden Wirkung der GLP-1-RA gewonnen werden.

Hintergrund:

Die Verwendung autologer Wachstumsfaktoren, wie sie in Platelet Rich Plasma (PRP) und Hypoxie Präkonditioniertes Serum (HPS) enthalten sind, stellt eine vielversprechende Möglichkeit dar, regenerative Prozesse verletzter Nerven zu verbessern. Diese Arbeit untersucht die in vitro Effekte dieser Sekretome auf die Neuroblastom-Zelllinie N2a.

Methoden:

Zunächst wurden HPS und PRP im Vergleich zu Normalserum (NS) mittels Protein Microarray auf nervenregenerative Wachstumsfaktoren untersucht. Anschließend wurde die Neuroblastom-Zelllinie N2a mit drei verschiedenen Sekretom-Konzentrationen 0,1%, 1% und 10% in Kultur bis zu 96 h hinsichtlich Proliferation (Zellzählung), Metabolismus (Alamarblue, LDH-Assay), Migration (Scratch-Assay) und Neuritenbildung analysiert.

Ergebnisse:

Die Microarray-Ergebnisse zeigten den Nachweis von 30 nervenregenerativen Wachstumsfaktoren (u.a. NGF, BDNF, CNTF, VEGF) in HPS und PRP. Proliferation, Metabolismus und Migration wurden am stärksten durch die 1%ige Konzentration in HPS und PRP stimuliert, welche auch eine geringe Zytotoxizität zeigte. Bei der Differenzierung von Neuriten zeigten die 0,1%ige Konzentration in HPS und die 1%ige Konzentration in PRP die besten Ergebnisse in Bezug auf die Anzahl der Neuriten, die Neuritenlänge und die Gesamtfläche des Neuritennetzwerks.

Zusammenfassung

Die autologen Wachstumsfaktor-Präparate HPS und PRP können ein therapeutisches Potenzial in der Nervenregeneration hinsichtlich Neuronenproliferation, -migration, -metabolismus und Neuritendifferenzierung haben.

Einleitung:

Die Entwicklung biomimetischer Gerüststrukturen zur Rekonstruktion knöcherner Defekte, beispielsweise nach Tumorresektion oder Trauma, ist ein Schwerpunkt der aktuellen Forschung im Tissue Engineering. Obwohl autologe Transplantate weiterhin der klinische Goldstandard sind, gehen sie mit Nachteilen wie Spenderstellenmorbidität und begrenztem Gewebeangebot einher. 3D-gedruckte Polycaprolacton (PCL)-Scaffolds bieten aufgrund ihrer Biokompatibilität großes Potenzial, können jedoch durch die Inkorporation einer artifiziellen osteogenen extrazellulären Matrix (EZM) weiter optimiert werden. In dieser Studie evaluierten wir ein neuartiges bioaktiviertes Gerüst in einem In-vitro-Modell.

Materialien und Methoden:

Humane Adipose-derived Stem Cells (hASCs) wurden aus dem Fettgewebe gesunder Probanden isoliert, charakterisiert und zur Besiedlung der Scaffolds verwendet. Nach osteogener Differenzierung der hASC wurde die von ihnen produzierte EZM durch Dezellularisierung mit Natriumdeoxycholat und DNAse entfernt, um zellfreie bioaktivierte PCL-Scaffolds (aOPCL) zu erzeugen. Es wurden vier Behandlungsgruppen etabliert und die Scaffolds erneut mit hASC besiedelt: (1) bioaktivierte aOPCL-Scaffolds, (2) 3D-gedruckte PCL-Scaffolds, (3) Spongiosa-Scaffolds aus dem Femur gesunder humaner Probanden und (4) eine 2D-Zellkultur als Kontrolle. Die Scaffolds wurden mittels Rasterelektronenmikroskopie (REM) und histologischer Färbung in Bezug auf Morphologie und Oberflächenbeschaffenheit untersucht. Zudem wurden die Zellviabilität, osteogene Differenzierungskapazität und die Genexpression von 12 Genen mittels Multiplex-qPCR innerhalb von 14 Tagen analysiert.

Ergebnisse:

An Tag 4 zeigte der AlamarBlue-Assay eine signifikant (p<0.05) bessere Zellviabilität in den Gruppen 1 und 2 im Vergleich zu den Spongiosa-Gerüsten. An Tag 7 wiesen die Zellen auf den PCL-Gerüsten die signifikant höchste Zellviabilität (p<0.05) sowie die beste Proliferation im PicoGreen-Assay auf, wenngleich letzteres nicht signifikant war. Die Genexpression zeigte eine siebenfache Hochregulierung von Mki67 sowie eine erhöhte Expression von ALP und SOX9 in der aOPCL-Gruppe. Nach 7 Tagen osteogener Differenzierung zeigte der ALP-Assay eine signifikant (p<0.05) höhere ALP-Aktivität der Zellen auf dem PCL-Gerüst im Vergleich zu den Spongiosa- und aOPCL-Gerüsten, jedoch waren diese Unterschiede nach 14 Tagen nicht mehr signifikant. Die Messung der Osteocalcin- und MMP13-Konzentrationen in den Zellkulturüberständen ergab höhere Konzentrationen in Gruppe 3 im Vergleich zu Gruppe 1.

Zusammenfassung:

3D-gedruckte PCL-Gerüste zeigen vielversprechende Ergebnisse hinsichtlich Zellviabilität und Proliferation. Die Bioaktivierung mit dezellularisierter EZM steigert das osteogene Potenzial dieser Gerüste, was aOPCL-Gerüste als eine Alternative für das Tissue Engineering von Knochengewebe nahelegt. Weitere Studien sind erforderlich, um diese Ergebnisse in vivo zu validieren.

Einleitung

Die Rekonstruktion von Weichteildefekten erfordert häufig die Transplantation gut vaskularisierter autologer Lappenplastiken. In diesem Zusammenhang ist das AV-Loop-(AVL)-Modell eine etablierte Technik zur de-novo-Generierung axial vaskularisierten Gewebes. Durch die Einbettung einer Gefäßschleife in eine azelluläre Matrix im Inneren einer subkutanen Isolationskammer aus rigidem Polytetrafluorethylen (PTFE) können transplantierbare freie Lappenplastiken gezüchtet werden. Eine der wichtigsten Limitationen der AV-Loop-Technik, die eine klinische Translation nachwievor verhindert, ist jedoch die fehlende Individualisierbarkeit zur Anpassung der Lappenplastiken an patientenspezifische Defekte. Mit dem Aufkommen fortschrittlicher 3D-Drucktechnologien bietet sich jedoch eine vielversprechende Möglichkeit, diese Herausforderung zu überwinden, indem maßgeschneiderte Isolationskammern für individuelle Defekte präzise gefertigt werden können.

Methoden

AV-Loop-Isolationskammern wurden mittels Digital Light Processing (DLP) mit Luxaprint® flex als Harz hergestellt. Nach dem Druck wurden die Proben nachbearbeitet und ihre Zytotoxizität mittels MTT-Assays untersucht. Die mechanischen Eigenschaften wurden durch Zugversuche sowie Stabilitätstests für Stanzlöcher bewertet. Eine Dynamisch-Mechanische Analyse (DMA) wurde durchgeführt, um das thermische und mechanische Verhalten des neuen Materials zu charakterisieren. Anschließend wurden in vivo Vergleiche zwischen der traditionellen PTFE-Kammer und der neu entwickelten 3D-gedruckten Kammer in einem Rattenmodell durchgeführt. Dazu wurden AV-Loops entweder in PTFE-Kammern (Kontrollgruppe) oder in 3D-gedruckten Kammern (experimentelle Gruppe) in 24 weiblichen Sprague-Dawley-(SD)-Ratten implantiert. Als Endpunkte wurden die folgenden Parameter verglichen, um die Nichtunterlegenheit des neuartigen Materials nachzuweisen: Gewebegewicht und -volumen, Gefäßdichte und -oberfläche sowie die Anzahl proliferierender Zellen.

Ergebnisse

Nach einem reibungslosen 3D-Druckprozess konnte eine Zytotoxizität ausgeschlossen werden. Die mechanische Analyse zeigte ein plastikähnliches Verhalten bei Raumtemperatur mit einem Young'schen Modul von 435,9±28 kPa, das bei 37°C (65,8±6,98 kPa) und 39°C (59,6±2,35 kPa) in ein elastomerähnliches Verhalten überging. Die DMA ergab eine Glasübergangstemperatur (Tg) von 30,6°C. Die Stabilitätstests für Stanzlöcher zeigten eine maximale Belastung von 22 N/mm² bei 21°C und 5,5 N/mm² bei 37°C. Die in vivo Tests ergaben keine intraoperativen oder postoperativen Komplikationen. Die vergleichende Analyse von Gewebegewicht und -volumen, Gefäßdichte und -oberfläche sowie der Anzahl proliferierender Zellen ergab keine signifikanten Unterschiede zwischen den PTFE- und den 3D-gedruckten Kammern.

Schlussfolgerungen

Die neu entwickelten 3D-gedruckten AV-Loop-Kammern zeigen vielversprechende Eigenschaften als anpassbare und biokompatible Implantate. Die erfolgreiche in vivo Anwendung dieser Kammern ebnet den Weg für weitere Tests in präklinischen Großtiermodellen und letztendlich für eine klinische Anwendung im Bereich des personalisierten Tissue Engineering und der individualisierten rekonstruktiven Mikrochirurgie. Zukünftige Forschungsanstrengungen werden sich auf die Optimierung des Kammerdesigns für spezifische Gewebedefekte konzentrieren.

Hintergrund: Die Mechanismen, durch die der proinflammatorische Phänotyp von Makrophagen zur adipogenen-Stammzell-(ASC)-vermittelten Knochenregeneration beiträgt, sind noch nicht vollständig geklärt. Wir untersuchten den Einfluss von Faktoren, die von pro-inflammatorischen Makrophagen (M1) freigesetzt werden, auf die osteogene und adipogene Differenzierung, die metabolische Aktivität sowie die Proliferation humaner ASC. Ein besonderer Fokus lag auf der Rolle der pro-inflammatorischen Zytokine TNF-α, IL-1β, IL-6 und MCP-1 in der Regulation dieser Prozesse.

Methoden: ASC wurden mit konditionierten Medien aus M1-Makrophagen behandelt, um deren Einfluss auf die metabolische Aktivität (Resazurin-Assay), Zellproliferation (Kristallviolett-Färbung) sowie die osteogene (Kresolphthalein-Färbung, ALP-Aktivität) und adipogene Differenzierung (Oil-Red-O-Färbung) zu analysieren. Darüber hinaus wurde die Beteiligung einzelner Zytokine (TNF-α, IL-1β, IL-6, MCP-1) sowie deren kombinierte Wirkung durch den Einsatz rekombinanter Zytokine untersucht.

Ergebnisse: Die Behandlung von ASC mit konditionierten Medien aus M1-Makrophagen sowie mit pro-inflammatorischen Zytokinen führte zu einer gesteigerten Zellproliferation im osteogenen Medium. Gleichzeitig wurde sowohl die Kalzifizierung (Kresolphthalein-Färbung) als auch die ALP-Aktivität durch die Stimulation mit M1-konditioniertem Medium sowie mit den rekombinanten Zytokinen TNF-α, IL-1β, IL-6 und MCP-1 signifikant gehemmt. Zudem wurde die Bildung von Lipidvakuolen in ASC durch die Einwirkung der pro-inflammatorischen Makrophagen und Zytokine unterdrückt.

Schlussfolgerungen: Ein durch M1-Makrophagen induziertes pro-inflammatorisches Milieu hemmt sowohl die osteogene als auch die adipogene Differenzierung von ASC, während es gleichzeitig die Zellproliferation fördert. Diese Ergebnisse liefern neue Erkenntnisse darüber, wie rinr ptoinflammatorische Umgebungen beispielsweise bei Frakturen ASC-Osteogenese regulieren, was zur Entwicklung neuer Strategien zur Verbesserung der Knochenregeneration beitragen könnte. Hierzu sollte der Wechsel von pro-inflammatorischen M1- zu anti-inflammatorischen M2-Makrophagen sowie deren Rolle in der osteogenen Differenzierung von ASCs sollte weiter untersucht werden.