JoVE Journal > Medicine
Summary
Abstract
Protocol
Risultati
Discussion
Divulgazioni
Acknowledgements
Materials
Riferimenti
Traduzione automatica
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
Medicina

토끼 모델에서 Chondral 결함의 리모델링 및 수리를위한 매트릭스를 이용한자가 연골 세포 이식

Published: May 21, 2013
doi:
10.3791/4422
, , , , , ,
1Department of Orthopaedic Sports Medicine,Klinikum rechts der Isar der Technischen Universität München, 2Department of Radiology,Klinikum rechts der Isar der Technischen Universität München, 3Institute of Experimental Oncology and Therapy Research,Klinikum rechts der Isar der Technischen Universität München, 4Department of Radiology,Uniklinik Köln

Summary

토끼의 무릎 관절 chondral 결함의 치료를위한 실험 기법을 설명합니다. 매트릭스 시드자가 연골 세포의 이식은 만족 장기적인 결과를 제공 관절 연골 병변의 개조 및 수리를위한 잘 받아 들여진 방법입니다. 매트릭스를 이용한자가 연골 세포 이식 (MACT)는 표준화 된 임상 설립 주입 방법을 제공합니다.

Abstract

관절 연골 자체 재생 1 제한된 용량을 가지고 있기 때문에 관절 연골의 결함이 주요 건강 문제로 간주됩니다. 치료 연골 병변이 지속적으로 통증을 초래할 부정적인 삶의 질에 영향을 미치는 관절염에 대한 걸리기. 지난 수십 년 동안 여러 가지 수술 기법은 이러한 병변을 치료하기 위해 개발되었습니다. 그러나, 지금까지이 유리 모양의 연골과 결함을 취재하거나 만족 장기적인 복구 2-4을 제공하는 측면에서 전체 복구를 달성 할 수 없었습니다. 따라서 관절 연골의 부상은 조직 공학 등의 재생 기술에 대한 주요 대상 남아 있습니다. 흔히 섬유 또는 섬유 연골 조직의 형성으로 이어질 다른 수술 기법과는 달리 조직 공학은 완전히 이식 세포의 연골 잠재력을 사용하여 원래의 관절 연골의 복잡한 구조와 특성을 복원 목표로하고있다. Recent 발전은 재생 연골 치료를위한 유망한 가능성을 열었다.

전층 연골이나 골 연골 병변의 치료를위한 첫 번째 셀 기반의 접근 방식은 임상자가 연골 세포 이식 (ACI) 5 개척 라스 피터슨과 매트 Brittberg에 의해 1994 년에 수행되었다. 오늘날, 기술은 임상 적으로도 10~20년 주입 6 후에 좋은 임상 결과를 유지 무릎의 대형 유리 모양의 연골 결손의 치료에 잘 설정됩니다. 최근에는자가 연골 세포의 주입은 빠른 진행을 받았다. 세포가 연속적으로 심어되어있는 인공 입체 콜라겐 매트릭스의 사용은 점점 더 인기를 7-9되었다.

MACT 두 수술의 구성 : 연골 세포를 수집하기 위해, 첫째, 연골 조직 검사는 t의 비 체중 부하 연골 영역에서 수행해야그는 무릎 관절입니다. 그런 다음, 연골 세포 추출 정제 및 체외에서 충분한 세포 수로 확장되고있다. 연골 세포는 다음의 3 차원 매트릭스에 분주하고 이후에 다시 이식 할 수 있습니다. 조직 공학 이식을 준비 할 때, 확산 속도와 분화 능력은 성공적인 조직 재생 10 중요합니다. 전지 캐리어와 같은 3 차원 매트릭스의 사용은 이러한 세포의 특성 11을 지원하는 것으로 생각됩니다.

다음과 같은 프로토콜을 요약하고 연골 조직 검사에서 연골 세포의 분리에 대한 기술, 3D 매트릭스 (콘드-지드, Geistlich 생체 적합 물질, Wollhusen, 스위스) 위에 생체과 파종에서의 확산을 보여줍니다. 마지막으로, 토끼의 무릎 관절의 인위적으로 만든 chondral 결함에 셀 매트릭스 구조의 주입을 설​​명한다. 이 기술은 실험 설정으로 사용할 수 있습니다연골의 추가 실험.

Protocol

A. 연골 생검 (수술 룸, 비 무균 준비실에서 1-5 단계) 적절하게 투여 약물 수와 수술 이후의 체중을 모니터링하기 위해 토끼 (6 개월 뉴질랜드 화이트 토끼, 여성, 3.5-4.0 kg 체중)의 최종 체중 조절을 수행합니다. 10 ㎎ / ㎏ 프로포폴의 정맥 주사하여 토끼에 마취를 유도. 삽관 후 1.5 ㎎ / ㎏ / 분 프로포폴과 정맥 0.05 ㎎ / ㎏ 펜타닐로 마취를 유지합니다. 호 기말 이산화탄소 분압…

Representative Results

설명 수술 기술은 인공 chondral 결함으로자가 연골 세포를 성공적으로 분리 및 주입을 허용합니다. 실험 장치는 주변 연골에 임플란트의 성공적인 통합 결과. 생체의 12 주 후에, chondral 결함 임플란트 (그림 4)에 전단 응력 손상을 감소 균질하고 그대로 표면에 수리 조직에 의해 채워졌다. 또한, 임플란트의 더 비대 또는 석회화는 보이지 않았다. 수리 조직은…

Discussion

제시된 프로토콜은 토끼 무릎 인위적으로 생성 된 연골 결손에 후속 증식과 재 이식을위한자가 연골 세포를 분리하는 9,12,13를 설립하고 쉽게 재현 기술을 제공합니다. 관절 연골 병변의 개조 및 수리를위한자가 연골 세포의 사용은 임상 적 사용이 만족 장기적인 결과는 6을 제공하는 이미 있습니다.

골막 비후 및 석회화 예를 들어 같은 주요 문제, 이식은 박?…

Divulgazioni

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

이 프로젝트는 독일 연구 협회 (DFG, HE 4578/3-1)에 의해 재정 지원되었다.

Materials

Name of reagent/equipment Company Catalogue Number Comments
DMEM Biochrom AG F 0415
Collagenase A Roche 10 103 586 001 0.21 U/mg
Fetal calf serum (FCS) PAN Biotech GmbH 3702-P103009
Propofol Fresenius Kabi
Penicillin/Streptomycin Biochrom AG A 2213 10,000 U/ml/10,000 μg/ml
PBS Dulbecco (1X) Biochrom AG L1815
Ethanol (70%) Merck KgaA 410230
Trypsin-EDTA 0.25 %/0.02 % Biochrom AG L2163 in PBS w/o Ca2+, Mg2+
Fentanyl Delta Select GmBH 1819340
NaCl solution (0.9%) Bbraun 8333A193
Tissue culture dishes 100 mm/150 mm TPP AG 93100/93150 Growth area 60.1 mm2/147.8 mm2
Tissue culture flasks 25/75 mm2 TPP AG 90025/90075 25 mm2, 75 mm2
Centrifuge Tubes (50 ml) TPP AG 91050 Gamma-sterilized
Hemocytometer Brand GmbH+Co KG 717810 Neubauer
Trypan Blue Solution 0.4% Sigma-Aldrich L8154
Spray dressing (OpSite) Smith&Nephew 66004978 Permeable for water vapor
Chondro-GideÒ Geistlich Pharma AG 30915.5
Biopsy Punch pfm medical ag 48351
Tissucol Duo S Baxter 3419627 0.5 ml
DOWNLOAD MATERIALS LIST

Riferimenti

  1. Albrecht, C., et al. Gene expression and cell differentiation in matrix-associated chondrocyte transplantation grafts: a comparative study. Osteoarthritis Cartilage. 19, 1219-1227 (2011).
  2. Pridie, K. H. A method of resurfacing osteoarthritic knee joints. J. Bone Joint Surg. Br. 41, 618-619 (1959).
  3. Johnson, L. L. Arthroscopic abrasion arthroplasty historical and pathologic perspective: present status. Arthroscopy. 2, 54-69 (1986).
  4. Steadman, J. R., Rodkey, W. G., Singelton, S. B., Briggs, K. K. Microfracture technique for full-thickness chondral defects: technique and clinical result. Operat. Tech. Orthop. 7, 300-304 (1997).
  5. Brittberg, M., et al. Treatment of deep cartilage defects in the knee with autologous chondrocyte transplantation. N. Engl. J. Med. 331, 889-895 (1994).
  6. Peterson, L., Vasiliadis, H. S., Brittberg, M., Lindahl, A. Autologous chondrocyte implantation: a long-term follow-up. Am. J. Sports Med. 38, 1117-1124 (2010).
  7. Nehrer, S., et al. Chondrocyte-seeded collagen matrices implanted in a chondral defect in a canine model. Biomaterials. 19, 2313-2328 (1998).
  8. Frenkel, S. R., Toolan, B., Menche, D., Pitman, M. I., Pachence, J. M. Chondrocyte transplantation using a collagen bilayer matrix for cartilage repair. J. Bone. Joint Surg. Br. 79, 831-836 (1997).
  9. Salzmann, G. M., et al. The dependence of autologous chondrocyte transplantation on varying cellular passage, yield and culture duration. Biomaterials. 32, 5810-5818 (2011).
  10. Frohlich, M., Malicev, E., Gorensek, M., Knezevic, M., Kregar Velikonja, N. Evaluation of rabbit auricular chondrocyte isolation and growth parameters in cell culture. Cell Biol. Int. 31, 620-625 (2007).
  11. Willers, C., Chen, J., Wood, D., Xu, J., Zheng, M. H. Autologous chondrocyte implantation with collagen bioscaffold for the treatment of osteochondral defects in rabbits. Tissue Eng. 11, 1065-1076 (2005).
  12. Vogt, S., et al. The influence of the stable expression of BMP2 in fibrin clots on the remodelling and repair of osteochondral defects. Biomaterials. 30, 2385-2392 (2009).
  13. Ueblacker, P., et al. In vivo analysis of retroviral gene transfer to chondrocytes within collagen scaffolds for the treatment of osteochondral defects. Biomaterials. 28, 4480-4487 (2007).
  14. Marlovits, S., Zeller, P., Singer, P., Resinger, C., Vecsei, V. Cartilage repair: generations of autologous chondrocyte transplantation. Eur. J. Radiol. 57, 24-31 (2006).
  15. Benya, P. D., Shaffer, J. D. Dedifferentiated chondrocytes reexpress the differentiated collagen phenotype when cultured in agarose gels. Cell. 30, 215-224 (1982).
  16. Rudert, M., Hirschmann, F., Wirth, C. J. Growth behavior of chondrocytes on various biomaterials. Orthopade. 28, 68-75 (1999).
  17. Hsu, S. H., et al. Evaluation of biodegradable polyesters modified by type II collagen and Arg-Gly-Asp as Tissue Engineering scaffolding materials for cartilage regeneration. Artificial Organs. 30, 42-55 (2006).
  18. Brun, P., Cortivo, R., Zavan, B., Vecchiato, N., Abatangelo, G. In vitro reconstructed tissues on hyaluronan-based temporary scaffolding. J. Mater. Sci. Mater. Med. 10, 683-688 (1999).
  19. Domm, C., Fay, J., Schunke, M., Kurz, B. Redifferentiation of dedifferentiated joint cartilage cells in alginate culture. Effect of intermittent hydrostatic pressure and low oxygen partial pressure. Orthopade. 29, 91-99 (2000).
  20. Kimura, T., Yasui, N., Ohsawa, S., Ono, K. Chondrocytes embedded in collagen gels maintain cartilage phenotype during long-term cultures. Clin. Orthop. Relat. Res. , 231-239 (1984).
  21. Kon, E., et al. Second-generation autologous chondrocyte implantation: results in patients older than 40 years. Am. J. Sports Med. 39, 1668-1675 (2011).
  22. Gavenis, K., Schmidt-Rohlfing, B., Mueller-Rath, R., Andereya, S., Schneider, U. In vitro comparison of six different matrix systems for the cultivation of human chondrocytes. In Vitro Cell Dev. Biol. Anim. 42, 159-167 (2006).
  23. Niemeyer, P., et al. Characteristic complications after autologous chondrocyte implantation for cartilage defects of the knee joint. Am. J. Sports Med. 36, 2091-2099 (2008).
  24. Tay, L. X., et al. Treatment outcomes of alginate-embedded allogenic mesenchymal stem cells versus autologous chondrocytes for the repair of focal articular cartilage defects in a rabbit model. The American Journal of Sports Medicine. 40, 83-90 (2012).
  25. Brittberg, M., Nilsson, A., Lindahl, A., Ohlsson, C., Peterson, L. Rabbit articular cartilage defects treated with autologous cultured chondrocytes. Clin. Orthop. Relat. Res. , 270-283 (1996).

Tags

Matrix-assisted Autologous Chondrocyte TransplantationChondral DefectsRabbit ModelArticular CartilageSelf-regenerationCartilage LesionsSurgical TechniquesHyaline Articular CartilageLong-term RecoveryRegenerative TechniquesChondrogenic PotentialTransplanted CellsRegenerative Cartilage TherapiesAutologous Chondrocyte Implantation (ACI)Large Hyaline Cartilage Defects
check_url/it/4422?article_type=t

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Citazione di questo articolo
Berninger, M. T., Wexel, G., Rummeny, E. J., Imhoff, A. B., Anton, M., Henning, T. D., Vogt, S. Matrix-assisted Autologous Chondrocyte Transplantation for Remodeling and Repair of Chondral Defects in a Rabbit Model. J. Vis. Exp. (75), e4422, doi:10.3791/4422 (2013).
Scarica citazione
Ristampe e autorizzazioni

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image