Osteogene Differenzierung von mesenchymalen Stammzellen des Fettgewebes auf vier verschiedenen 3D-Trägermaterialien im Vergleich zu einer 2D-Kultur

Abstract

Tissue Engineering ist ein sich rasant entwickelnder Sektor in der medizinischen Forschung. Mittels körpereigener Stammzellen und geeigneten Trägermaterialien soll ein möglichst funktionstüchtiges Ersatzgewebe produziert werden. Beim Tissue Engineering des Knochens sind Kryogele ein häufig verwendetes Trägermaterial, da es poröse Strukturen in 3D nachbilden kann. Mesenchymale Stammzellen können sich in funktionelle Knochenzellen entwickeln und aus verschiedenen Körpergeweben gewonnen werden. Im vorliegenden Projekt wurden vier verschiedene Trägermaterialien auf Kryogelbasis hergestellt und hinsichtlich des physikalischen Verhaltens charakterisiert. Anschließend wurden aus Fettgewebe abgeleitete Stammzellen auf den Trägermaterialien ausgesät und osteogen differenziert. Durch Messung spezifischer Funktions- und Stoffwechselparameter sollte das osteogene Potential der 3D-Produkte mit dem einer osteogen differenzierten 2D-Kultur verglichen werden. Die vier verschiedenen Kryogele mit den jeweils charakteristischen Zusatzstoffen Platelet-rich Plasma, Kollagen, immunzellkonditioniertes Medium und RGD-Peptide wurden produziert und auf ihre Steifigkeit, Porengröße und Porosität geprüft. Parallel wurden aus Fettgewebe abgeleitete Stammzellen isoliert, kultiviert und einer Qualitätskontrolle unterzogen. Nach anschließender Aussaat der Stammzellen auf den Trägermaterialien und osteogener Differenzierung für 14 Tage wurde die DNA-Menge und die Zellaktivität im Verlauf untersucht und mit einer 2D-Kultur verglichen. Zuletzt wurden die physikalischen Änderungen der Trägermaterialien bei Besiedelung im zeitlichen Verlauf untersucht. Die Versuche konnten aufzeigen, dass die physikalischen Eigenschaften der Trägermaterialien in vielerlei Hinsicht günstige Basisparameter für die Besiedelung bilden. Das Trägermaterial des Typs Kollagen konnte dabei am meisten überzeugen. Im Verlauf der Differenzierung zeigte sich je nach Messparameter ein heterogenes Bild welches Trägermaterial die besten Bedingungen zur Differenzierung bietet. Insgesamt können die vier Kryogele die physiologischen dreidimensionalen Bedingungen besser als eine 2D Kultur abbilden, bei den Messmethoden während der Differenzierung zeigt sich jedoch die Komplexität der 3D-Kultur. Damit sind die verwendeten Kryogele und die Messmethoden in 3D auch in Zukunft weiterzuentwickeln, um dem Ziel eines Knochenersatzmaterials noch näher zu kommen.