Matrix-assistert Autolog kondrocytt Transplantasjon for ombygging og reparasjon av chondral Defekter i et Rabbit Model
Summary
En eksperimentell teknikk for behandling av chondral defekter i kaninens kneleddet er beskrevet. Implantasjon av autologe chondrocytes seeded på en matrise er en godt akseptert metode for ombygging og reparasjon av leddbruskskader gi tilfredsstillende langsiktige resultater. Matrix-assistert autolog chondrocyttransplantasjon transplantasjon (MACT) tilbyr et standardisert og klinisk etablert implantasjon metoden.
Abstract
Leddbrusk defekter er ansett som et stort helseproblem fordi leddbrusk har en begrenset evne til selv-regenerering en. Ubehandlet brusklesjoner føre til pågående smerte, negativt påvirke livskvalitet og disponere for slitasjegikt. I løpet av de siste tiårene har flere kirurgiske teknikker blitt utviklet for å behandle slike lesjoner. Men inntil nå var det ikke mulig å oppnå en fullstendig reparasjon når det gjelder å dekke defekten med hyalint artikulær brusk eller for å gi tilfredsstillende langvarig utvinning 2-4. Derfor leddbrusk skader fortsatt et hovedmål for regenerativ teknikker som Tissue Engineering. I motsetning til andre kirurgiske teknikker, noe som ofte fører til dannelse av fibrøst vev eller fibrocartilaginous, tar sikte Vev Engineering på fullt ut å gjenopprette den komplekse strukturen og egenskapene av den opprinnelige leddbrusk ved hjelp av chondrogenic potensialet av transplanterte celler. Recent utviklingen åpnet opp lovende muligheter for regenerative brusk terapi.
Den første cellen tilnærming for behandling av full-tykkelse brusk eller osteochondral lesjoner ble utført i 1994 av Peterson og Mats Lars Brittberg som utviklet klinisk autolog kondrocytt implantasjon (ACI) 5. I dag er den teknikk klinisk godt etablerte for behandling av store hyalin brusk-defekter i kne, opprettholder gode kliniske resultater selv 10 til 20 år etter implantasjon 6.. I de senere årene, gjennomgikk implantasjon av autologe chondrocytes en rask progresjon. Bruken av en kunstig tredimensjonal kollagen-matriks på hvilken cellene blir deretter omplantet ble mer og mer populær 7-9.
MACT består av to operasjoner: Først, for å samle kondrocytter, trenger en biopsi brusk som skal utføres fra et ikke vektbærende brusk område av than kneleddet. Deretter blir kondrocytter blir ekstrahert, renset og utvidet til et tilstrekkelig antall celle in vitro. Kondrocytter blir deretter sådd ut på en tredimensjonal matrise og kan senere re-implantert. Når du forbereder en vev-konstruert implantat, proliferasjonsrate og differensiering kapasitet er avgjørende for en vellykket vev gjenfødelse 10. Bruken av en tredimensjonal matrise som en celle bærer er tenkt å støtte disse cellulære egenskaper 11.
Følgende protokoll vil summere og demonstrerer en teknikk for isolering av kondrocytter fra brusk biopsier, deres proliferasjon in vitro og deres poding på en 3D-matrise (Chondro-Gides, Geistlich Biomaterials, Wollhusen, Sveits). Endelig vil implantering av celle-matriksinteraksjonsprosesser-konstrukter inn i kunstig skapt chondral defekter av en kanin kneleddet bli beskrevet. Denne teknikken kan brukes som en eksperimentell innstillingfor videre eksperimenter av brusk reparasjon.
Protocol
Representative Results
Discussion
Den presenterte protokollen gir en etablert 9,12,13 og lett reproduserbar teknikk for å isolere autologe chondrocytes for påfølgende spredning og re-implantering i kunstig skapt brusk defekter i kanin knærne. Bruken av autologe chondrocytes for ombygging og reparasjon av leddbruskskader er allerede i klinisk bruk gir tilfredsstillende langsiktige resultater seks.
Store problemer som for eksempel periosteal hypertrofi og forkalkning, pode delaminering eller donor omr…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dette prosjektet ble finansiert av den tyske 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).
