Matrix-bijgestaan autologe chondrocyten transplantatie voor Renovatie en de reparatie van chondrale Gebreken in een konijn model
Summary
Een experimentele techniek voor de behandeling van chondrale defecten in het konijn kniegewricht beschreven. De implantatie van autologe chondrocyten geënt op een matrix is een algemeen aanvaarde methode voor het verbouwen en herstel van gewrichtskraakbeen letsels leveren bevredigende resultaten op lange termijn. Matrix-bijgestaan autologe chondrocyten transplantatie (MACT) biedt een gestandaardiseerd en klinisch vastgestelde implantatie methode.
Abstract
Gewrichtskraakbeendefecten worden beschouwd als een belangrijk gezondheidsprobleem omdat gewrichtskraakbeen heeft een beperkte capaciteit voor zelf-regeneratie 1. Onbehandelde kraakbeenletsels leiden tot aanhoudende pijn, negatieve invloed op de kwaliteit van leven en vatbaar voor artrose. Gedurende de laatste decennia hebben diverse chirurgische technieken ontwikkeld om dergelijke letsels te behandelen. Echter, tot nu toe was het niet mogelijk om een volledige reparatie in het dekken van het defect met hyaline gewrichtskraakbeen of van het verstrekken van voldoende herstel op lange termijn 2-4 te bereiken. Daarom gewrichtskraakbeen blessures blijven een belangrijk doelwit voor regeneratieve technieken zoals Tissue Engineering. In tegenstelling tot andere chirurgische technieken, die vaak leiden tot de vorming van vezelig kraakbeenachtig weefsel, weefsel engineering is het volledig herstel van de complexe structuur en eigenschappen van de oorspronkelijke gewrichtskraakbeen door de chondrogene potentieel van getransplanteerde cellen. RECENTE ontwikkelingen opende veelbelovende mogelijkheden van regeneratieve therapieën kraakbeen.
De eerste cel gebaseerde benadering voor de behandeling van volledige dikte kraakbeen of osteochondrale laesies werd uitgevoerd in 1994 door Lars Peterson en Mats Brittberg die klinische autologe chondrocyten implantatie (ACI) 5 pionier. Vandaag de techniek klinisch goed ingesteld voor de behandeling van grote hyaline kraakbeendefecten van de knie, onderhouden van goede klinische resultaten zelfs 10 tot 20 jaar na implantatie 6. In de afgelopen jaren, de implantatie van autologe chondrocyten onderging een snelle progressie. Het gebruik van een kunstmatige driedimensionale collageen-matrix waarop cellen worden vervolgens geplant werd steeds populairder 7-9.
MACT bestaat uit twee chirurgische procedures: Ten eerste, om chondrocyten te verzamelen, moet een kraakbeen biopsie worden uitgevoerd vanuit een niet dragende kraakbeen bereik THij gezamenlijke knie. Vervolgens worden chondrocyten worden gewonnen, gezuiverd en uitgebreid tot een voldoende aantal cellen in vitro. Chondrocyten worden vervolgens gezaaid op een drie-dimensionale matrix en kan vervolgens opnieuw worden geïmplanteerd. Bij de voorbereiding van een tissue-engineered implantaat, proliferatiesnelheid en differentiatie capaciteit zijn cruciaal voor een succesvolle weefselregeneratie 10. Het gebruik van een drie-dimensionale matrix als een mobiele drager wordt gedacht dat deze cellulaire kenmerken 11 ondersteunen.
Het volgende protocol samenvatten en tonen een techniek voor het isoleren van chondrocyten van kraakbeen biopsies, de proliferatie in vitro en het zaaien op een 3D-matrix (Chondro-Gide, Geistlich Biomaterials, Wollhusen, Zwitserland). Tenslotte wordt de implantatie van de cel-matrix-constructen in kunstmatig gecreëerd chondrale defecten van een konijn kniegewricht beschreven. Deze techniek kan worden gebruikt als een experimentele settingverdere experimenten kraakbeenherstel.
Protocol
Representative Results
Discussion
De gepresenteerde protocol voorziet in een gevestigde 9,12,13 en gemakkelijk reproduceerbare techniek om autologe chondrocyten isoleren voor daaropvolgende proliferatie en re-implantatie in kunstmatig gecreëerde kraakbeenletsels in konijnen knieën. Het gebruik van autologe chondrocyten voor de verbouwing en de reparatie van articulaire kraakbeenletsels is reeds in klinisch gebruik leveren bevredigende resultaten op lange termijn 6.
Grote problemen zoals bijvoorbeeld p…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dit project werd gefinancierd door de Duitse Research Association (DFG, HE 4578/3-1).
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 |
References
- Albrecht, C., et al. Gene expression and cell differentiation in matrix-associated chondrocyte transplantation grafts: a comparative study. Osteoarthritis Cartilage. 19, 1219-1227 (2011).
- Pridie, K. H. A method of resurfacing osteoarthritic knee joints. J. Bone Joint Surg. Br. 41, 618-619 (1959).
- Johnson, L. L. Arthroscopic abrasion arthroplasty historical and pathologic perspective: present status. Arthroscopy. 2, 54-69 (1986).
- 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).
- Brittberg, M., et al. Treatment of deep cartilage defects in the knee with autologous chondrocyte transplantation. N. Engl. J. Med. 331, 889-895 (1994).
- 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).
- Nehrer, S., et al. Chondrocyte-seeded collagen matrices implanted in a chondral defect in a canine model. Biomaterials. 19, 2313-2328 (1998).
- 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).
- Salzmann, G. M., et al. The dependence of autologous chondrocyte transplantation on varying cellular passage, yield and culture duration. Biomaterials. 32, 5810-5818 (2011).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Marlovits, S., Zeller, P., Singer, P., Resinger, C., Vecsei, V. Cartilage repair: generations of autologous chondrocyte transplantation. Eur. J. Radiol. 57, 24-31 (2006).
- Benya, P. D., Shaffer, J. D. Dedifferentiated chondrocytes reexpress the differentiated collagen phenotype when cultured in agarose gels. Cell. 30, 215-224 (1982).
- Rudert, M., Hirschmann, F., Wirth, C. J. Growth behavior of chondrocytes on various biomaterials. Orthopade. 28, 68-75 (1999).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Kon, E., et al. Second-generation autologous chondrocyte implantation: results in patients older than 40 years. Am. J. Sports Med. 39, 1668-1675 (2011).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
