Eine mittels Tissue-Engineering entwickelte Bandscheibe aus Collagen/Alginat für den vollständigen Bandscheibenersatz - Eine in vivo Studie mit Hunden

• Antragsteller: Privatdozent Dr. Gernot Lang
• Fachliche Zuordnung: Orthopädie, Unfallchirurgie, rekonstruktive Chirurgie
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 313651170

Die degenerative Bandscheibenerkrankung an der Halswirbelsäule (HWS) ist eine Pathologie, welche oftmals ein operatives Vorgehen erfordert. Die regelmäßig durchgeführte anteriore Dekompression und Fusion birgt u.a. das Risiko einer Pseudarthrosenbildung bzw. einer Degeneration benachbarter Wirbelkörper- bzw. Bandscheibensegmente. Mit dem Ziel, die segmentale Mobilität zu erhalten, wurden in den vergangenen Jahren Bandscheibenprothesen entwickelt, die jedoch nur bedingt die nativen Eigenschaften der Bandscheibe hinsichtlich Bewegung, Stabilität, Dämpfung und Belastungseigenschaften replizieren können. Jüngst haben wir eine Bandscheibe mit Hilfe von Tissue Engineering (TE-IVD) unter Nutzung von Collagen- und Alginat-Konstrukten entwickelt, welche mit Nucleus Pulposus- (NPC) und Anulus Fibrosus- Zellen besiedelt wurde. Eine initiale in vivo Studie mit Rattenschwänzen zeigte, dass die TE-IVD erfolgreich im dem Wirtsgewebe integriert war und vergleichbare Resultate hinsichtlich ihrer biochemischen, biomechanischen und histologischen Eigenschaften gegenüber nativem Bandscheibengewebe erzielt. Zusätzlich wurde eine zwei monatige in vivo Studie mit einem Beagle-HWS-Modell durchgeführt; Die eingepflanzten TE-IVDs konnten ihre Viabilität über den Versuchszeitraum im Bandscheibenfach aufrechterhalten und erhielten teilweise die Bandscheibenhöhe. Einige Hunde präsentierten sogar eine allmähliche Reifung des implantierten Bandscheibengewebes. Um nun weitere aussagekräftige Ergebnisse zu erzielen, ist ein Langzeit-Follow-up mit Evaluation der mechanischen Funktion der behandelten Bandscheiben nötig. Aufgrund der inhärenten mechanischen Belastung der Beagle-Wirbelsäule, betrug die Bandscheibenhöhe der behandelten Bandscheiben nur etwa 70% gegenüber der Vergleichsgruppe; steifere bzw. belastbarere TE-IVDs sind daher von großer Bedeutung; kürzlich zeigte sich, dass die Steifigkeit der TE-IVDs signifikant mittels mechanischer in vitro Konditionierung bei der Kultivierung gesteigert werden kann. Mechanisch konditionierte TE-IVDs könnten den Ansprüchen von beweglichen Wirbelsäulensegmenten gerecht werden und somit eine erhöhte Viabilität des Implantats als auch eine bessere Segment-Funktion erzielen. In der vorliegenden Studie werden wir mechanisch konditionierte TE-IVDs analysieren, welche bei 12 Beagles implantiert werden, die vorher von C3/4 und 4/5 discectomiert werden. Die Gesamtanzahl der 24 experimentellen Bandscheibensegmente wird in drei Gruppen unterteilt: a) 8 Bandscheiben für die diskektomierte Kontrollgruppe, b) 8 unbelastete Bandscheiben und c) 8 mechanisch belastete Bandscheiben (TE-IVDs). Qualitative und quantitative Röntgen- und MRT-Analysen werden nach 8, 16 und 24 Wochen durchgeführt, um degenerative Veränderungen bzw. den Wachstumsfortschritt der implantierten TE-IVDs zu beurteilen. Abschließend werden nach 24 Wochen die Bewegungssegmente histologisch und biomechanisch beurteilt.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeber: Professor Dr. Roger Härtl