Laryngorhinootologie 2007; 86(1): 37-43
DOI: 10.1055/s-2006-945025
Originalien

© Georg Thieme Verlag KG Stuttgart · New York

Screening von modifizierten Polyethylenoberflächen für das Tissue-Engineering von Chondrozyten

Screening of Modified Polyethylene Surfaces for Tissue Engineering of ChondrocytesE.  Röpke1 , I.  Schön1 , J.  Vogel2 , J.  Jamali1 , M.  Bloching1 , A.  Berghaus3
  • 1Klinik und Poliklinik für Hals-, Nasen-, Ohrenheilkunde, Kopf- und Halschirurgie, Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (komm. Direktor: PD Dr. med. M. Bloching)
  • 2Institut für Bioengineering, Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg
  • 3Klinik und Poliklinik für Hals-, Nasen-, Ohrenheilkunde der Ludwig-Maximilians-Universität München (Direktor: Prof. Dr. A. Berghaus)
Further Information

Publication History

eingereicht 30. Juni 2005

akzeptiert 13. April 2006

Publication Date:
17 January 2007 (online)

Zusammenfassung

Hintergrund: In der rekonstruktiven Chirurgie besteht hoher Bedarf an Knorpelersatzmaterialien. Dazu steht autologes Gewebe nur begrenzt zur Verfügung. Andererseits kann die Verwendung von Implantaten zu Entzündungsreaktionen führen. Durch Maskierung mit autologen Zellen sollte die Biokompatibilität von porösem Polyethylen verbessert werden. Die Funktionalisierung der Oberfläche erfolgte mit Kollagen, um den Kontakt zwischen Polyethylen und der Zellschicht zu intensivieren. Methoden: Die in unterschiedlicher Weise funktionalisierten Polyethylenoberflächen wurden charakterisiert und in Zellkulturexperimenten mit primären humanen Chondrozyten auf ihre Gewebeverträglichkeit untersucht. Ergebnisse: Durch ein In-vitro-Screening konnten verschiedene modifizierte Polyethylenoberflächen auf ihre Eignung als Knorpelersatzmaterial getestet werden. Die Kollagenbeschichtung von modifizierten Polyethylenoberflächen führte zu einer Verbesserung der Überlebensraten von primären Chondrozyten, unabhängig von der Art der Bindung des Kollagens an die Polyethylenoberfläche. Schlussfolgerungen: Chondrozyten können auf Polyethylenoberflächen kultiviert werden. Die Ergebnisse müssen tierexperimentell überprüft werden.

Abstract

Background: Reconstructive surgery needs high requirements of substitutes for cartilages. The availability of autologous material is limited. The use of implants can cause inflammatory reactions. Therefore the biocompatibility of porous polyethylene should be improved by masking the synthetic surface with autologous cells. The polyethylene surface was functionalized by collagen, in order to enhance the contact between polyethylene and the surrounding cells. Methods: The modified surfaces were characterized and tested by an in vitro screening with primary human chondrocytes. Results: The modification of polyethylene surfaces by collagen coating increased the life time of chondrocytes growing at this surface. The effect was independent of the former functionalization. Conclusions: It is possible to cultivate chondrocytes on polyethylene surfaces. The results have to be proven in a long-term animal experimental study.

Literatur

  • 1 Sittinger M, Bräunling J, Kastenbauer E, Hammer C, Burmester G, Bujia J. Untersuchungen zum Vermehrungspotentialvon Nasenseptum-Chondrozyten für die In-vitro-Züchtung von Knorpeltransplantaten.  Laryngo-Rhino-Otol. 1997;  76 96-100
  • 2 Bujia J, Rotter N, Minuth W, Burmester G, Hammer C, Sittinger M. Züchtung menschlichen Knorpelgewebes in einer dreidimensionalen Perfusionskulturkammer: Charakterisierung der Kollagensynthese.  Laryngo-Rhino-Otol. 1995;  74 559-563
  • 3 Haisch A, Schultz O, Perka C, Jahnke V, Burmester G, Sittinger M. Tissue-engineering humanen Knorpelgewebes für die rekonstruktive Chirurgie unter Verwendung biokompatibler resorbierbarer Fibringel und Polymerfliesstrukturen.  HNO. 1996;  44 624-629
  • 4 Von der Mark K. Differentiation modulation and dedifferentiation of chondrocytes.  Rheumatol. 1986;  10 272-315
  • 5 Bujia J, Reitzel T, Sittinger M. In-vitro-Züchtung von Knorpelgewebe für die rekon-struktive Chirurgie: Einfluß von L(+)-Laktat und Glykaolat auf kultivierte humane Chondrozyten.  Laryngo-Rhino-Otol. 1995;  74 183-187
  • 6 Perka C, Schultz O, Sittinger M, Zippel H. Chondrozytentransplantation in PGLA/Polydioxanon-Vliesen.  Der Orthopäde. 2000;  29 112-119
  • 7 Claes L, Ignatius A. Entwicklung neuer biodegradabler Implantate.  Chirurg. 2002;  73 990-996
  • 8 Alini M, Li W, Markovic P, Aebi M, Spiro R, Roughley P J. The potential and limitations of a cell-seeded Collagen/Hyaluronan scaffold to engineer an invertebral disc- like matrix.  Spine. 2003;  28 446-453
  • 9 Vats A, Tolley N S, Polak J M, Gough J E. Scaffold and Biomaterials for tissue engineering: a review of clincal applications.  Clin Otolaryngol. 2003;  28 165-172
  • 10 Cancedda R, Dozin B, Giannoni P, Quarto R. Tissue engineering and cell terapy of cartilage and bone.  Matrix Biology. 2003;  22 81-91
  • 11 Berghaus A. Porous polyethylene in reconstructive head and neck surgery.  Arch Otolaryngol. 1985;  111 154-160
  • 12 Berghaus A. Alloplastische Implantate in der Hals-Nasen-Ohrenheilkunde, Kopf- und Halschirurgie.  Arch Otorhinolaryngol. 1992;  Suppl I 52-95
  • 13 Patel P J, Rees H C, Olver J M. Fibrovascularisation of Porous Polyethylene Orbital Floor Implants in Humans.  Arch Ophtalmol. 2003;  121 400-403
  • 14 Romo T, Choe K, Sclafani A. Cleft Lip Nasal Reconstruction Using Porous High-Density Polyethylene.  Arch of Facial Plastic Surgery. 2003;  5 175-179
  • 15 Zhang D, Hu B, Shu C. Surgical reconstruction of the abnormalities of earlap, canal and middle ear at one time.  Lin Chuang Er Bi Yan Hou Ke Za Zhi. 2003;  17 27-29
  • 16 Praveen J, Patel M A, Rees H C, Olver J M. Fibrovascularization of Porous Polyethylene Orbital Floor Implants in Humans.  Arch Ophthalmol. 2003;  121 400-403
  • 17 Carboni A, Gasparini G, Perugini M, Renzi G, Matteini C, Becelli R. Evaluation of homologous bone graft versus biomaterials in the aest restoration of the middle third of the face.  Minerva Chir. 2002;  57 283-287
  • 18 Ozturk S, Sengezer M, Coskun U, Zor F. An unusual complication of a Medpor implant in nasal reconstruction - case report.  Aesthetic Plast Surg. 2002;  26 419-22
  • 19 Yaremchuk M J. Facial skeletal reconstruction using porous polyethylene implants.  Plast Reconstr Surg. 2003;  111 1818-27
  • 20 Sosna A, Radonsky T, Pokorny D, Veigl D, Horak Z, Jahoda D. Polyethylene disease.  Acta Chir Orthop Traumatol Cech. 2003;  70 6-16
  • 21 Blaydon S M, Shepler T R, Neuhaus R W, White W L, Shore J W. The porous polyethylene (Medpor) sperical orbital implant: a retrospective study of 136 cases. Ophthal Plast Reconstr.  Surg. 2003;  19 364-371
  • 22 Schwenzer K, Codoni S, Stübinger S, Jundt G, Zeihofer H F. Komplikationen und orofaziale Rehabilitation nach Insertion alloplastischer Kieferwinkel-Augmentate - ein Fallbericht.  J DGPW. 2004;  30 19-23
  • 23 Dayss E, Leps G, Meinhardt J, Wutzler A. Biokompatible Polymerschichten.  In: Leps G, Kausche H (Hrsg). 40 Jahre Werkstofftechnik Merseburg. Merseburg; 1999: 84-93
  • 24 Harlow E, Lane D. Antibodies A Laboratory Manual. Cold Spring Harbour laboratory 1988
  • 25 Plein P. Plasmapolymerisation. Köln; Verlag TÜV Rheinland 1989
  • 26 Freshney R I. Tierische Zellkulturen. Berlin, New York; Walter de Gruyter 1990
  • 27 Minuth W W, Schumacher K, Strehl R, Kloth S. Physiological and cell biological aspects of perfusion culture technique employed to generate differentiated tissues for long-term biomaterial testing and tissue engineering.  J Biomater Sci Polym. 2000;  11 495-522
  • 28 Romeis B. Mikroskopische Technik. München-Wien-Baltimore; Urban und Schwarzenberg 1989
  • 29 Dell’Accio F, De Bari C, Luyten F P. Microenvironment and phenotypic stability specif tissue formation by human articular cartilage-derived cells in vivo.  Exp Cell Res. 2003;  287 16-27
  • 30 Angele P, Abke J, Kujat R, Faltermeier H, Schumann D, Nerlich M, Kinner B, Englert C, Ruszcak Z, Mehrl R, Mueller R. Influence of different collagen species on physico-chemical properties of crosslinked collagen matrices.  Biomaterials. 2004;  25 2831-2841
  • 31 Nehrer S, Breinan H A, Ramappa A, Young G, Shortkroff S, Louie L K, Sledge C B, Yannas I V, Spector M. Matrix collagen type and pore size influence behavier of seeded canine Chondrozytes.  Biomaterials. 1997;  18 769-776
  • 32 Bosetti M, Reno F, Bracco P, Costa L, Cannas M. Ultra-high molecular weight polyethylene oxidation reduces metalloproteinase 2 secretion in human osteoblast-like cells in vitro: A mechanism of modulation of extracellular matrix.  J Biomed Mater Res. 2003;  64 698-705
  • 33 Reno F, Lombardi F, Cannas M. UHMWPE oxidation increases granulocytes activation: a role in tissue response after prosthesis implant.  Biomaterials. 2003;  24 2895-2900
  • 34 Reno F, Bracco P, Lombardi F, Boccafoschi F, Costa L, Cannas M. The induction of MMP-9 release from granulocytes by Vitamin E in UHMWPE.  Biomaterials. 2004;  25 995-1001
  • 35 Langner R, Tirrell D A. Designing materials for biology and medicine.  Nature. 2004;  428 487-492
  • 36 Shakibaei M, De Souza P, Merker H J. Integrin Expression and Collagen Type II implicated in maintenance of Chondrocyte Shape in monolayer culture: an immunological study.  Cell Biol Int. 1997;  21 115-125
  • 37 Lee C R, Grodzinsky A J, Hsu H-P, Spector M. Effects of a cultured autologous chondrocytes-seeded type II collagen scaffold on the healing of a chondral defect in a canine model.  J Orthop Res. 2003;  21 272-281
  • 38 Strehl R, Tallheden T, Sjögren-Jansson E, Minuth W W, Lindahl A. Long-term maintenance of human articular cartilage in culture for biomaterial testing.  Biomaterials. 2005;  26 4540-4549
  • 39 Ikada Y. Surface Modification of Biomedical Polymers.  Macromol Symp. 1996;  101 455-462
  • 40 Ratner B D, Hoffman A, Schoen F, Lemons J. Biomaterials Science: An Introduction to Materials in Medicine, 2nd ed. Amsterdam; Elsevier 2004: 373
  • 41 Miller R R, McDevitt C A. A quantitative microwell assay for chondrocyte cell adhesion.  Anal Biochem. 1991;  192 380-383

Dr. med. E. Röpke

Klinik und Poliklinik für Hals-, Nasen-, Ohrenheilkunde, Kopf- und Halschirurgie, Martin-Luther-Universität
Halle-Wittenberg

Magdeburger Straße 12
06097 Halle/Saale

Email: ernst.roepke@medizin.uni-halle.de