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6  Terminologie

Die Begriffe „Tissue Engineering“, „Polymer“ und „Bioreaktor“ tauchen immer wieder in der Arbeit auf und sind daher in diesem Teil nochmals kurz erläutert.

6.1 Tissue Engineering

Beim Tissue Engineering wird grundsätzlich versucht, biologische Ersatzgewebe herzustellen. Das Konzept besteht darin, aus körpereigenen Zellen einen vitalen und funktionalen Gewebeersatz zu fertigen. Hierbei werden körpereigene Zellen auf ein Gerüst transplantiert, in-vitro zu einer stabilen Struktur gefestigt, um letztendlich ein vitales Ersatzgewebe implantieren zu können. Die so hergestellten Konstrukte sollten in das umgebende Gewebe einwachsen und haben theoretisch das Potential sich wie gesundes Gewebe zu entwickeln (84, 85).

6.2 Polymere

In unseren Projekten konzentrierten wir uns auf drei verschiedene Polymere: PHA, P4HB und ein Co-Polymer aus PGA und P4HB, welches in unserem Labor hergestellt wurde. Diese Polymere weisen einige Besonderheiten auf, welche die Grundlagen der zuvor beschriebenen und zukünftigen Arbeiten sind (86, 87, 88). Abbildung 4 zeigt drei elektronenmikroskopische Aufnahmen der Polymere.

Abbildung 4a) P4HB

Abbildung 4b) PGA/P4HB

Abbildung 4c) PHA


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In verschiedenen Vorversuchen hat sich gezeigt, daß die Zellen zwar auf dem Polymer anheften können, jedoch aufgrund einer durch den Fabrikationsprozess (P4HB) bedingten glatten Oberfläche nicht in das Polymer einwachsen und damit bei höheren Flüssen abgelöst werden. Aufgrund unserer Erfahrungen mit Polymeren haben wir folgende Strategien zur Lösung des Problems verfolgt:

mechanisches Aufrauhen

Vorbeschichtung

Wachstumsfaktoren

Neben der mechanischen Bearbeitung der Polymeroberfläche, wurden verschiedene Matrixproteine (Kollagen Typ I, Laminin, Fibronektin) sowie fetales Kälberserum als Beschichtungsmaterial im Vergleich zu unbeschichtetem P4HB verwendet. Dabei konnte gezeigt werden, dass die Zellen, z.B. Myofibroblasten (vom Schaf als auch vom Menschen), einen festen Kontakt mit dem Polymer nur dann herstellen können, wenn eine geeignete Vorbeschichtung vorliegt. Die zur Beschichtung von P4HB verwendeten extrazellulären Matrixproteine sowie das fetale Kälberserum fördern scheinbar die Proliferation der adherierten Zellen, die anschliessend in der Lage sind, in das Polymer einzuwandern und ihre eigene Matrix zu bilden. Im Gegensatz zu den beschichteten P4HB-Patches adherierten Zellen auf unbeschichtetem P4HB schlecht. Ein früher Zelltod trat ein, da keine Proliferation der Zellen sowie keine Ausbildung von extrazellulären Matrixproteinen stattfand. Besonders gute Ergebnisse in der Adhäsion und Proliferation der Zellen erzielten Beschichtungen mit fetalem [Seite 47↓]Kälberserum und Laminin. Die Zellen wanderten verstärkt in das Polymer ein und bildeten dort ihre eigene Matrix.

Abbildung 5a) ESEM-Aufnahme

Abbildung 5b) HE-Färbung

6.3 Bioreaktor

Mit Bioreaktoren sollen in-vitro-Bedingungen geschaffen werden, um mit Zellen besiedelte Gerüste zu vitalem, dreidimensionalen Gewebe heranreifen zu lassen. In diesen Systemen werden in-vivo-Bedingungen künstlich nachgeahmt und die Konstrukte werden mit Sauerstoff, Wachstumsfaktoren, Zellkulturmedium versorgt und parallel biomechanischen Belastungen (Fluß, Druck, Dehnung und Kompression) ausgesetzt, welche die Gewebebildung fördern (89, 90, 91).


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13.06.2005