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Was ist Knorpel?

Der Knorpel ist in zellarmes Gewebe, das durch Diffusion aus der Synovialflüssigkeit ernährt wird. Der eigentliche Funktionsträger im Knorpel ist die extrazelluläre Knorpelmatrix, die neben Wasser v. a. Kollagen vom Typ II und spezifische Proteoglykane wie Aggrecan (links: blau) enthält. Die Knorpelzellen (Chondrozyten) haben im gesunden Gewebe ihre Teilungsfähigkeit verloren. Aus diesem Grund stellen Knorpelverletzungen einen unwiederbringlichen Gewebe-Verlust da und heilen nicht.

Arthrose

Die Arthrose kann aus einer Knorpelverletzung entstehen. Ihre Pathogenese ist von einer Imbalance zwischen anabolen und katabolen Prozessen im Knorpel geprägt, die zum progressiven Verlust der spezifischen Knorpelmatrix, Freisetzung entzündlicher und kataboler Mediatoren und vermehrter Apoptose der Knorpelzellen führt. Dabei spielen entzündliche Zytokine wie IL-1β, TNF, IL-6, IL-18 u. a., freigesetzt von den Zellen der Synovialmembran oder den aktivierten Knorpelzellen selbst, eine Schlüsselrolle.

Knorpelzellkulturen

Die Vermehrung von Knorpelzellen gelingt nur in der Monolayerkultur. Mit zunehmender Kulturdauer dedifferenzieren Knorpelzellen in der Monolayerkultur: ursprünglich rundliche Zellen werden Fibroblasten-ähnlich, proliferieren und verlieren ihre Fähigkeit, knorpelspezifische Matrixproteine wie Kollagen Typ II und spezifische Proteoglykane wie Aggrecan zu bilden, sondern synthetisieren unspezifische Matrixproteine (z.B. Kollagen Typ I und Fibronektin).

Dreidimensionale (3D) Kulturen

Dreidimensionale (3D) Kulturen stellen eine Möglichkeit zur Redifferenzierung und Langzeitkultur von Knorpelzellen dar, bei der diese in ein Alginat-Gel suspendiert, auf einer Membran oder einem Vlies-artigen Biomaterial in engem Zell-Zellkontakt angezüchtet werden. Die Knorpelzellen bilden wieder typische Knorpelmarker wie Aggrecan. 3D Kulturen sind insbesondere für die Vorbereitung autologer Knorpelzellen zur Transplantation in einen Knorpeldefekt interessant.

Autologe Knorpelzelltransplantationen zur Verbesserung der Heilung von Knorpeldefekten

Sehnengewebe

Das Sehnengewebe ist ebenso wie das Knorpelgewebe zellarm und besteht im Wesentlichen aus einer Kollagen Typ I-reichen extrazellulären Matrix. Diese Matrix und auch die Sehnenzellen haben eine streng uniaxiale Ausrichtung, die die Zellen gelegentlich auch in der Kultur beibehalten. Ebenso wie Knorpelverletzungen führen Sehnenverletzungen zur Entstehung eines funktionell minderwertigen Ersatzgewebes an der Verletzungsstelle mit entsprechenden klinischen Folgeproblemen.