Biofunctionalization of cancellous bone allografts for the therapy of critical size bone defects
Final Report Abstract
Ziel des Projektes war es, Erkenntnisse über Hydrogel-basierte drug-delivery-Systeme zu gewinnen mit deren Hilfe Knochenersatzmaterialien biofunktionalisiert werden können. Eine natürliche Quelle bioaktiver Faktoren ist dabei plättchenreiches Plasma (PRP). Durch Aktivierung oder Lyse der Blutplättchen werden diese bioaktiven Stoffe freigesetzt. In einem ersten Schritt wurden daher verschiedene Freisetzungsmethoden getestet und das entstandene Plättchenlysat (PL) charakterisiert. Anschließend wurden Kombinationen von PL und verschiedenen klinisch zugelassenen und kommerziell erhältlichen Hydrogelen hinsichtlich ihres Freisetzungsverhaltens von Wachstumsfaktoren, ihrer Biokompatibilität und ihrer chemotaktischen Wirkungsweise auf Knochenmarkszellen untersucht. Ausgehend von diesen Ergebnissen wurde die optimale Hydrogel-PL-Mixtur dazu verwendet, Knochenersatzmaterialien homogen zu beschichten um deren Biofunktionalität zu erhöhen. Die Ergebnisse der Versuche zeigen, dass durch Lyse der Blutplättchen mit 0,5% Triton oder durch viermaliges Einfrieren und wieder Auftauen PL mit einem hohen Gehalt an Wachstumsfaktoren aus PRP hergestellt werden kann. Da die Wachstumsfaktorkonzentration im PL mit zunehmender Lagerung des PRPs abnimmt, sollte für die PL-Herstellung frisches PRP verwendet werden. Mittels Triton-Methode hergestelltes PL kann bis zu einem Verhältnis von 1:20 für Zellkulturuntersuchungen eingesetzt werden ohne dass zytotoxische Effekte auftreten. Weiterhin konnte gezeigt werden, dass die kombinierte Zugabe von Plättchenlysat und fötalem Kälberserum die Proliferation von hMSCs signifikant steigert. Hydrogele basierend auf Tissucol, Histoacryl oder Kollagen I können effektiv mit Wachstumsfaktoren aus PL beladen und mit Knochenersatzmaterialien kombiniert werden. Dabei weisen die mit PL modifizierten Gele keine zytotoxischen Effekte gegenüber hMSCs auf. Eine Freisetzung der Wachstumsfaktoren aus den funktionalisierten Hydrogelen ist über einen Zeitraum von 4 Wochen retardiert möglich. Dabei scheint jedoch die Bioaktivität der freigesetzten Proteine eingeschränkt zu sein, da sie zu keiner vermehrten Zellmigration führen.
Publications
- Platelet lysate-functionalized hydrogels for tissue regeneration applications. TERMIS-EU 2013, 17.-20.06.2013, Istanbul, Türkei
Roschke E, Vater C, Liebers C, Stiehler M
