Ingenieurtechnische Aspekte bei der Herstellung von dreidimensionalen Knorpel-Träger-Konstrukten:
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| Published: |
Norderstedt
Books on Demand
2004
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Inhaltsverzeichnis 5
1 EINLEITUNG 11
1.1 Hyaliner Gelenkknorpel 13
1.2 Gelenkschäden 15
1.2.1 Medikamentöse Behandlung von Gelenkschädigungen 16
1.2.2 Chirurgische Behandlungen von Gelenkschädigungen 17
1.2.3 Autologe Chondrozytentransplantation (ACT) bei Gelenk¬
schädigungen 20
1.2.4 Möglichkeiten des Tissue Engineerings bei Gelenk¬
schädigungen 22
1.2.4.1 Trägermaterialien 25
1.2.4.2 Ingenieurstechnische Ansätze zur Stimulierung der
Matrixsynthese 27
1.3 Konzept des Forschungsvorhabens zur Herstellung von
dreidimensionalen Knorpel Träger Konstrukten 31
1.4 Zielsetzung und Inhalte dieser Arbeit 33
2 MATERIAL UND METHODEN 34
2.1 Zellkulturen 34
2.2 Medium 36
2.3 Trägermaterial 37
2.4 Analytik 39
2.4.1 Zellzahlbestimmung vor Beginn der Kultivierung 39
2.4.2 Zellzahlbestimmung nach Ende der Kultivierung 39
2.4.3 Bestimmung von Matrixbestandteilen 41
2.4.4 Histologische Schnitte 43
2.4.5 Biomechanische Untersuchung 46
6 Inhaltsverzeichnis
2.4.6 Bestimmung der Knorpelmasse 47
2.4.7 Durchführung der Tierversuche 48
2.5 Statistische Auswertung 49
3 ENTWICKLUNG VON KULTIVIERUNGSSTRATEGIEN UND
BIOREAKTORSYSTEMEN 50
3.1 Biochemische Analyse von nativem Schweineknorpelgewebe
als Referenz 53
3.2 Prinzip und Ausrüstung der statisch unbelasteten Kultivierung 54
3.3 Statisch unbelastete Kultivierungen 57
3.3.1 Kultivierungskonzept „Switch Technik" 57
3.3.2 Kultivierungskonzept „reine Chondrogenese" 59
3.3.3 Diskussion der „Switch Technik" und der Kultivierung mit
„reiner Chondrogenese" für die statisch unbelastete
Kultivierung 60
3.4 Fließkammerreaktor mit indirekter Begasung über das Medium62
3.4.1 Kultivierungen mit dem Fließkammerreaktor mit indirekter Be¬
gasung über das Medium 66
3.4.2 Diskussion der „Switch Technik" und der Kultivierung mit
„reiner Chondrogenese" im Fließkammerreaktor mit indirekter
Begasung über das Medium 69
3.5 Kultivierungskonzept „Chondronentechnik" ?1
3.5.1 Statisch unbelastete Kultivierung mit der „Chondronen¬
technik" 74
3.6 Fließkammerreaktor mit Oberflächenbegasung 75
3.6.1 Kultivierungen im Fließkammerreaktor mit Oberflächen
begasung mit der „Chondronentechnik" 78
Inhaltsverzeichnis 7
3.6.2 Diskussion der Kultivierungsergebnisse mit der „Chondronen
technik" für die statisch unbelastete Kultivierungseinrichtung
und die Fließkammer mit Oberflächenbegasung 79
3.6.3 Diskussion der Kultivierungsergebnisse mit der „Chondronen
technik" und der Kultivierung mit „reiner Chondrogenese"
(statisch unbelastete Kultivierung) 80
3.7 Reaktor zur Beaufschlagung mit hydrostatischem Druck 82
3.7.1 Kultivierungen und Diskussion der Ergebnisse mit dem
Reaktor zur Beaufschlagung mit hydrostatischem Druck 85
3.8 Abschliessende Beurteilung der Bioreaktor und Kultivierungs¬
strategieentwicklung 87
4 TIERVERSUCHSPILOTSTUDIE 89
4.1 Durchführung der Tierversuchspilotstudie 89
4.1.1 Ergebnisse der nicht implantierten Knorpel Träger Konstrukte 92
4.1.2 Ergebnisse der implantierten Knorpel Träger Konstrukte 93
4.1.3 Diskussion der Tierversuchspilotstudie 105
5 SIMULATION DER SAUERSTOFFPROFILE 108
5.1 Gleichungen 108
5.1.1 Beschreibung der Diffusion in der Flüssigkeitssäule 109
5.1.2 Beschreibung der Diffusion und des Verbrauchterms im
Knorpel Träger Konstrukt 110
5.1.3 Rand und Übergangsbedingungen 110
5.2 Berechnung und Ermittlung der Stoffkonstanten und daten 111
5.3 Lösung der Gleichungen 112
5.3.1 Darstellung mit dem Crank und Nicholson Verfahren 113
8 Inhaltsverzeichnis
5.3.2 Umschreiben in Matrixform 118
5.4 Vergleich der drei unterschiedlichen Modellsysteme im
Hinblick auf die Sauerstoffversorgung 119
5.4.1 Simulation für die statisch unbelastete Kultivierung (ohne
Drucküberlagerung) 120
5.4.2 Simulation für die statisch belastete Kultivierung (Be¬
aufschlagung mit hydrostatischem Druck) 121
5.4.3 Grenzbetrachtungen für eine überströmte Kultur 122
6 UNTERSUCHUNG ZUM EINFLUSS DES SAUERSTOFF¬
GEHALTES AUF DIE KNORPELSYNTHESE IM
FLIEßKAMMERREAKTOR 126
6.1 Makroskopischer Eindruck 127
6.2 Biochemische und makroskopische Versuchsergebnisse 128
6.3 Histologische Dokumentation 133
6.4 Prolin Analytik 139
6.5 Biomechanische Eigenschaften 14°
6.6 Diskussion der Versuche im Fließkammerreaktor zur Sauer¬
stoffoptimierung 142
7 UNTERSUCHUNG ZUM EINFLUSS DES SAUERSTOFF¬
GEHALTES AUF DIE KNORPELSYNTHESE IN DER
STATISCH UNBELASTETEN KULTIVIERUNG I44
7.1 Makroskopischer Eindruck 144
7.2 Biochemische und makroskopische Versuchsergebnisse 146
7.3 Histologische Dokumentation 150
Inhaltsverzeichnis 9
7.4 Prolin Analytik 155
7.5 Biomechanische Eigenschaften 156
7.6 Diskussion der Versuche in der statisch unbelasteten Kulti¬
vierung zur Sauerstoffoptimierung 158
7.7 Vergleich der Fließkammerversuche mit den statisch un¬
belasteten Kultivierungen 159
8 STATISTISCHE AUSWERTUNG 161
8.1 Passageneinfluss 161
8.2 Donoreinfluss 162
8.3 Regressionsanalysen 164
8.3.1 Ergebnisse der Regressionsanalysen 164
9 ZUSAMMENFASSUNG 171
10 ANHANG 175
10.1 Dulbecco's Modified Eagle Medium (DMEM) 175
10.2 Enzymlösungen zur Gewinnung der Chondrozyten 175
10.3 Lösungen Papainverdau 176
10.4 Lösungen DNA Analyse 176
10.5 Lösungen GAG Analyse 176
10.6 Lösungen Prolin Analyse 177
10.7 Lösungen Immunhistologie 177
10.8 Lösungen für die „Chondronentechnik" 177
10 Inhaltsverzeichnis
11 FORMEL UND ABKÜRZUNGSVERZEICHNIS 178
11.1 Formelzeichen 178
11.2 Indices 178
11.3 Abkürzungen 179
12 LITERATURVERZEICHNIS 180 |
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