Tissue Engineering von axial vaskularisiertem Skelettmuskelgewebe auf funktionellen Nanofaser-Scaffolds im Tiermodell der Ratte
Allgemein- und Viszeralchirurgie
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Es ist uns im Rahmen dieses Projektes gelungen, ein biokompatibles System für das Tissue Engineering von Skelettmuskelgewebe zu entwickeln, welches für die spätere klinische Anwendung geeignet ist. Dies wurde durch die Isolation primärer Myoblasten und mesenchymaler Stammzeilen aus der Ratte initiiert. Dabei wurden erstmals Ko-Kulturen von Myoblasten mit BMSC mit Ko-Kulturen von Myoblasten und ADSC miteinander in Bezug auf ihre myogene Differenzierungsfähigkeit verglichen. Dabei zeigten die Ko-Kulturen mit ADSC eine höhere Proliferations- und Differenzierungskapazität auf den Nanofaserscaffolds im Vergleich zu den Ko-Kulturen mit BMSC. Dies ist ein wichtiger Aspekt, da mesenchymale Stammzellen im Allgemeinen eine höhere Expansionsfähigkeit besitzen als primäre Myoblasten. Weiterhin können ADSC auf leichtere Art und Weise gewonnen werden als BMSC, was ein weiterer Vorteil dieser Zellen darstellt. Durch wiederholte und nicht vorhersehbare Infektionen von Zellkulturen verzögerte sich das gesamte Projekt etwas im zeitlichen Ablauf. Bei fehlender Lösbarkeit dieses spezifischen Problems wurde schließlich beschlossen, mit humanen Zellen weiterzuarbeiten. Auch dies musste zunächst etabliert werden. Die endgültige Analyse der humanen ADSC ist Bestandteil laufender Arbeiten. Zudem ist für die Zukunft die Isolation humaner Myoblasten geplant. Bis dahin sollen die kommerziell erworbenen Myoblasten benutzt werden. Als weiterer wichtiger Bestandteil für die 3D Differenzierung vori Muskelvorläuferzellen ist die Etablierung biokompatibler PCL-Kollagen-Nanofaserscaffolds gelungen. Hierbei wurde der Elektrospinning-Prozess zur Herstellung der Nanofaserscaffolds zu einem umweltfreundlichen, effizienten und reproduzierbaren Verfahren optimiert. Es wurde gezeigt, dass die parallelen Fasern für die myogene Differenzierung in unserem Setting sehr gut geeignet sind. Zu guter Letzt wurde ein myogenes Differenzierungsmedium entwickelt, was ebenfalls biokompatibel und insbesondere für die spätere klinische Anwendung geeignet ist. Durch Ersatz von tierischen Seren sind weiterhin zukünftige Austestungen von myogenen Wachstumsfaktoren reproduzierbarer und eindeutiger zu analysieren.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Mesench/ma/ stem cells and myoblast differentiation under HGF and IGF-1 stimulation for 3D skeletal muscle tissue engineering. BMC Cell Biol. 2017 Feb 28; 18(1): 15
Witt R, Weigand A, Boos AM, Cai A, Dippold D, Boccaccini AR, Schubert DW, Hardt M, Lange C, Arkudas A, Horch RE, Beier JP
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Novel approach towards aligned PCL-Collagen nanofibrous constructs from a benign solvent system. Mater Sci Eng C Mater Biol Appl. 2017 March 1. Vol. 72: 278-283
Dippold D, Cai A, Hardt M, Boccaccini AR, Horch R, Beier JP, Schubert DW
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Myogenic differentiation of primary myoblasts and mesenchymal stromal cells under serum-free conditions on PCL-collagen l-nanoscaffolds. BMC Biotechnology
Cai A, Hardt M, Schneider P, Schmid R, Lange C, Dippold D, Schubert DW, Boos AM, Weigand A, Arkudas A, Horch RE, Beier JP
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Investigation of the batch-to-batch inconsistencies of collagen in PCL-Collagen nanofibers. Mater Sci Eng C Mater Biol Appl. 2019 Feb 1; 95:217-225
Dippold D, Cai A, Hardt M, Boccaccini AR, Horch R, Beier JP, Schubert DW
