Entwicklung eines Implantats zur Reparatur von Gelenkknorpeldefekten auf der Basis von modifizierter bakterieller Nanocellulose (BNC) : in vitro Analysen im bovinen Knorpelstanzenmodell

Schäden des hyalinen Gelenkknorpels zeigen nur eine geringe Regenerationsfähigkeit. Die experimentelle Forschung zur Knorpelregeneration hat bisher noch keine tragfähigen Konzepte zur langfristigen Wiederherstellung eines voll funktionsfähigen Knorpels erbracht. Ziel der vorliegenden Arbeit war die in vitro Testung eines Implantats aus bakterieller Nanocellulose mit dreidimensionalen Laserperforationen (3D-BNC) als potenzielles Biomaterial für die Behandlung von Gelenkknorpeldefekten. Hierzu wurde ein in der AG „Experimentelle Rheumatologie“ (Universitätsklinikum Jena) etabliertes Knorpelstanzenmodell angewendet. Bovine Knorpelstanzen wurden mit einem zentralen Defekt versehen und mit 3D-BNC [zellfrei ohne Serumbeladung, zellfrei mit Serumbeladung bzw. zellbesiedelt] bestückt. Danach erfolgte die In vitro-Kultur über 2, 4, 8 und 12 Wochen. Insgesamt ist es gelungen, mit dem angepassten in vitro Modell eine Aufrechterhaltung der Gewebshomöostase während einer Langzeitkultivierung von bis zu 12 Wochen sicherzustellen und die frühen Stadien der Knorpelregeneration zu simulieren. Neben der im Kulturverlauf zunehmenden Besiedlung der BNC-Oberfläche mit Knorpelzellen konnte erstmals auch eine dreidimensionale Besiedlung bis in tiefe Celluloseschichten nachgewiesen werden. Außerdem fand eine zunehmende Synthese und -Einlagerung von knorpelgewebstypischer Matrix in Peripherie und Zentrum des Implantats statt. Dies belegt die hohe Biokompatibilität und das regenerative Potential von 3D-BNC. Die initial zellbesiedelten Implantate wiesen im Vergleich zu den zellfreien Implantaten eine signifikant frühere und über die gesamte Kulturdauer hinweg höhere dreidimensionale Besiedlung auf, was insgesamt als Vorteil dieses Implantat-Typen (geeignet für MACT-Verfahren) gewertet werden kann. Die klinische Anwendung eines zellfreien Implantats in Kombination mit knochenmarkstimulierenden Verfahren (Autologe Matrix-Assoziierte Chondrogenese; AMIC) wäre allerdings auch denkbar.