Tissue Engineering einer vorderen Kreuzbandplastik auf der Basis resorbierbarer, gestickter Träger
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Anspruch des Vorhabens war die Entwicklung eines neuen, regenerativen Verfahrens für die Heilung von Kreuzbandverletzungen. Im Verbundprojekt konnten die 4 formulierten Antragsziele zur Entwicklung eines triphasischen textilen Implantates für eine Tissue Engineering gestützte Kreuzbandrekonstruktion grundlegend bearbeitet werden: Aus synthetischen Biopolymeren (PLA: BR1886/6-1) konnten stickbare Fasern erzeugt werden, die für die Verarbeitung zu neuartigen textilen Scaffolds die notwendigen textilphysikalischen Eigenschaften aufwiesen. Die gestickten Scaffolds auf Basis resorbierbarer Polymere (kommerziell PDS, PCL vs. am IPF erzeugt aus PLA) wurden eingehend materialwissenschaftlich charakterisiert und vergleichend mit nativen lapinen ACL untersucht, durch Auswahl eines geeigneten Stickmusters sowie einer geeigneten Materialkombination aus Ober- und Unterfaden biomechanisch optimiert, biomolekular funktionalisiert und in vitro (einzeln und in Ko-Kultur) evaluiert. Hierzu wurden im Rahmen der Projektbearbeitung spezielle Technologien zur Herstellung der Scaffolds, Methoden zur Charakterisierung sowie verschiedene statische als auch dynamische Besiedlungsstrategien entwickelt und in ersten Versuchen sehr erfolgreich miteinander verknüpft. Die strukturelle Anpassung der biomechanisch optimierten 3-phasigen gestickten Scaffolds an die Anforderungen der in vitro und in vivo Kultivierung ist allerdings noch nicht zufriedenstellend gelungen. Darüber sollte die Scaffoldfunktionalisierung mittels Kollagenintegration unter Einstellung eines Porengradienten weiterverfolgt werden, um die Gewebeneubildung anzuregen. Als wichtiges Folgeziel resultiert daraus die Sphäroid basierte Besiedlung in Ko-Kultur aus ligamentären und chondrogenen Zelltypen unter statischen, dynamischen und mechano-stimulierten Bedingungen sowie in vivo Studien. Die durch die Bearbeitung des Projektes neu entstandenen Fragestellungen wurden in dem Folgeantrag formuliert und werden bereits im Rahmen des bewilligten Projekts bearbeitet. Frau Judith Hahn (geb. Hahner) wurde 2015 mit dem Professor-Franz-Brandstetter-Preis ausgezeichnet. Gewürdigt wurde mit dem Preis ihre von Professor Gert Heinrich (IPF und TU Dresden, Professur für Polymerwerkstoffe und Elastomertechnik) und Professor Chokri Cherif (TU Dresden, Professur für Textiltechnik) betreute Diplomarbeit „Ermittlung und Beurteilung entscheidender Einflussgrößen für die sticktechnische Gestaltung der ligamentären Strukturzone eines vorderen Kreuzbandes“ als Teil des von der Deutschen Forschungsgemeinschaft hier geförderten Projekts.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Embroidered polymer-collagen hybrid scaffold variants for ligament tissue engineering. Materials Science and Engineering / C 43 (2014) 290-299
Hoyer, M. ; Drechsel, N. ; Meyer, M. ; Meier, C. ; Hinüber, C. ; Breier, A. ; Hahner, J. ; Heinrich, G. ; Rentsch, C. ; Garbe, L.-A. ; Ertel, W. ; Schulze-Tanzil, G. ; Lohan, A.
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(2015). “Embroidery technology for hard-tissue scaffolds”. In: “Biomedical textiles for orthopedic and surgical applications: Fundamentals, applications and tissue engineering.” Ed. Blair T.; Elsevier Science and Technology, Cambridge. ISBN 978-1782420170
Breier, A.
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(2015). “Polymer-assisted cartilage and tendon repair”. In: “A Tissue Regeneration Approach to Bone Repair”, Eds. Hala Zreiqat, Vicki Rosen, Colin Dunstan. Springer International Publishing. Print ISBN: 978-3-319-13265-5, Electronic ISBN: 978-3-319-13266-2
Schulze-Tanzil, G.
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Adjusting the mechanical behavior of embroidered scaffolds to lapine anterior cruciate ligaments by varying the thread materials. Textile Research Journal 85 (2015) 1431-1444
Hahner, J. ; Hinüber, C. ; Breier, A. ; Siebert, T. ; Brünig, H. ; Heinrich, G.
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Diffusion chamber system for testing of collagen-based cell migration barriers for separation of ligament enthesis zones in tissue-engineered ACL constructs. Journal of Biomaterials Science / Polymer Edition 26 (2015) 1085-1099
Hahner, J. ; Hoyer, M. ; Hillig, S. ; Schulze-Tanzil, G. ; Meyer, M. ; Schröpfer, M. ; Lohan, A. ; Garbe, L.-A. ; Heinrich, G. ; Breier, A.
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In vitro characterization of selfassembled anterior cruciate ligament cell spheroids for ligament tissue engineering. Histochem Cell Biol. 143(3) (2015) 289-300
Hoyer, M. ; Lohan, A. ; Meier, C. ; Breier, A. ; Hahner, J. ; Heinrich, G. ; Drechsel, N. ; Meyer, M. ; Rentsch, C. ; Garbe, L.-A. ; Ertel, W. ; Schulze-Tanzil, G.
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“Tissue engineering of an artificial anterior cruciate ligament using biodegradable embroidered scaffolds”, Dissertation an der Fakultät III, Prozesswissenschaften, TU Berlin, 2015
Hoyer, Marian
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Histological and biochemical characteristics of the rabbit anterior cruciate ligament in comparison to potential autografts. Histol Histopathol (2016) 31(8), 867-77
Hoyer, M: ; Meier, C. ; Kohl, B. ; Lohan, A. ; Kokozidou, M. ; Schulze-Tanzil, G.
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Long-term hydrolytic degradation study on polymer-based embroidered scaffolds for ligament tissue engineering. Journal of Industrial Textiles 47(6) (2018) 1305-1320
Hahn, J. ; Breier, A.; Brünig, H. ; Heinrich, G.
