Vergleichende in vitro-Analyse von allogenen Knochentransplantaten - Telos versus autolog -
Herzberger, Christoph
Ziel dieser Studie war die Untersuchung, inwieweit Desinfektions- und
Sterilisationsverfahren von Knochentransolantaten die Zytokinfreisetzung einer humanen Knochenmarkszellkultur modulieren, um so Rückschlüsse auf die Biokompatibilität verschieden bearbeiteter allogener Transplantate ziehen zu können.
Daher wurde die Ausschüttung von IL-6, IL-1 , TNF und IFN über einen
Beobachtungszeitraum von 12 Wochen kontrolliert. In diesem Zeitraum wurden pHWert, Zellzahlen, Lactat, alkalischer Phosphatase und LDH bestimmt. Zusätzlich wurden lichtmikroskopische und rasterelektronenmikroskopische Bilder angefertigt.
Das Zytokin-, Enzymprofil, der pH-Wert und die Zellzahlentwicklung im
Mediumüberstand wurden anhand einer standardisierten humanen
Knochenmarkszellkultur nach Knochenprobenzugabe untersucht. Die verwendeten Knochenplättchen und die Knochenmarkszellen wurden im Rahmen der primären Operation für eine totale Hüftgelenksendoprothese steril gewonnen und
anschließend aufgearbeitet. Aus dem Hüftkopf wurden Knochenplättchen steril gefertigt. Anschließend folgte die Behandlung nach dem Telos-Verfahren oder die Probenkörper fanden für die autologe Kultur nativ Verwendung. Die Knochenmarkszellen wurden aus einem markhaltigen Block des distalen Femur gewonnen. Zur Kontrolle wurde eine Kultur ohne Knochenplättchen und eine Negativkontrolle ohne Zellen mitgeführt.
Ab dem zweiten Mediumwechsel erfolgte der Zusatz von IL-3 und GM-CSF (10ng/ ml
Medium) als Wachstumsfaktoren. Mediumwechsel fanden alle 48 Stunden statt. Die
Überstände der Mediumwechsel 1 - 14, 18, 22, 26, 30, 34, 38, 42 wurden gesammelt und jeweils das Zytokin- und Enzymprofil bestimmt. Zudem erfolgte bei jedem Mediumwechsel eine pH-Wert- und Zellzahlbestimmung im Mediumüberstand.
Der pH-Wert fällt bei allen Kulturen im Verlauf ab; nur bei der autologen Kultur liegt er auch zu Beginn bei sehr niedrigen Werten. Insgesamt lässt sich bei allen Gruppen ein Rückgang der im Mediumüberstand enthaltenen Zellen darstellen, wobei sich die Verteilung der Zellen in Richtung avitaler Zellen verschiebt. IL-6 lässt sich zu Beginn bei allen Kulturen im Medium nachweisen. Bei der autologen Gruppe fallen die IL-6 Werte im Verlauf der Kultur kontinuierlich ab, sind aber stets höher als bei den anderen Gruppen. Bei den Kulturen nur Zellen und Telos steigen sie ab dem 4. Mediumwechsel wieder an und erreichen ein Plateau. IL-1 und TNF alpha lässt sich bei allen Kulturen mit Zellen nur ganz zu Beginn nachweisen. IFN wird nur von Zellen der autologen Kultur freigesetzt, es fällt zu Beginn leicht ab und steigt ab
dem 8. Mediumwechsel auf ein Plateau an. Der Nachweis von Lactat gelang bei allen Kulturen mit Zellen. Die autologe Kultur zeigt konstant hohe Lactat-Werte im Beobachtungszeitraum, während der Lactatspiegel bei den anderen Kulturen ansteigt. LDH fällt bei der autologen Kultur nach anfänglich
hohen Werten ab, bei Telos steigen die LDH-Werte im Kulturzeitraum an, während
sie bei nur Zellen auf einem konstanten Niveau bleiben. Alkalische Phosphatase ist nur bei der autologen Kultur zu Beginn nachweisbar.
Mikroskopisch kann die rasche Ausbildung eines Zellrasens in den ersten zwei Wochen beobachtet werden. Weiterhin dringen die ausgesäten Zellen in die Knochenkörper ein und umscheiden sie mit extrazellulärer Matrix.
Diskussion
Die Studie zeigt, dass unterschiedliche Desinfektions- und Sterilisationsverfahren von Knochentransplantaten Einfluss auf die Zytokinfreisetzung von humanen Knochenmarkszellen in einer Kultur haben.
Weiterhin wird in dieser Studie mit Hilfe einer autologen Kultur der Gold-Standard einer Knochentransplantation untersucht. Dabei stellt der Versuchsaufbau eine gute Simulation der in vivo Situation dar. Es zeigt sich hierbei deutlich, dass die Immunantwort eine physiologische Reaktion auch auf autologe Transplantate ist. Die Ausschüttung von osteoklastogenen Zytokinen scheint eine elementare Rolle beim Um und Einbau des Transplantats zu haben. Anderen Studien über biomechanische Eigenschaften und Einwachsverhalten und den
Ergebnissen unserer Arbeitsgruppe zufolge scheint das Telos-Verfahren ein günstiges Verfahren zur Behandlung von allogenen Knochentransplantaten zu sein.
Philipps-Universität Marburg
Medical sciences Medicine
opus:2316
urn:nbn:de:hebis:04-z2009-02406
https://doi.org/10.17192/z2009.0240
Orthopädie und Rheumatologie
2009
165
application/pdf
Zellkultur
doctoralThesis
https://archiv.ub.uni-marburg.de/diss/z2009/0240/cover.png
Knochen
2009-05-06
Medizin
Knochenstoffwechsel
Publikationsserver der Universitätsbibliothek Marburg
Universitätsbibliothek Marburg
comparing in vitro-Analysis of allogene bone transplants - Telos vs. outologeous -
Bone substitutes
Cell culture
Philipps-Universität Marburg
Ziel dieser Studie war die Untersuchung, inwieweit Desinfektions- und
Sterilisationsverfahren von Knochentransolantaten die Zytokinfreisetzung einer humanen Knochenmarkszellkultur modulieren, um so Rückschlüsse auf die Biokompatibilität verschieden bearbeiteter allogener Transplantate ziehen zu können.
Daher wurde die Ausschüttung von IL-6, IL-1 , TNF und IFN über einen
Beobachtungszeitraum von 12 Wochen kontrolliert. In diesem Zeitraum wurden pHWert, Zellzahlen, Lactat, alkalischer Phosphatase und LDH bestimmt. Zusätzlich wurden lichtmikroskopische und rasterelektronenmikroskopische Bilder angefertigt.
Das Zytokin-, Enzymprofil, der pH-Wert und die Zellzahlentwicklung im
Mediumüberstand wurden anhand einer standardisierten humanen
Knochenmarkszellkultur nach Knochenprobenzugabe untersucht. Die verwendeten Knochenplättchen und die Knochenmarkszellen wurden im Rahmen der primären Operation für eine totale Hüftgelenksendoprothese steril gewonnen und
anschließend aufgearbeitet. Aus dem Hüftkopf wurden Knochenplättchen steril gefertigt. Anschließend folgte die Behandlung nach dem Telos-Verfahren oder die Probenkörper fanden für die autologe Kultur nativ Verwendung. Die Knochenmarkszellen wurden aus einem markhaltigen Block des distalen Femur gewonnen. Zur Kontrolle wurde eine Kultur ohne Knochenplättchen und eine Negativkontrolle ohne Zellen mitgeführt.
Ab dem zweiten Mediumwechsel erfolgte der Zusatz von IL-3 und GM-CSF (10ng/ ml
Medium) als Wachstumsfaktoren. Mediumwechsel fanden alle 48 Stunden statt. Die
Überstände der Mediumwechsel 1 - 14, 18, 22, 26, 30, 34, 38, 42 wurden gesammelt und jeweils das Zytokin- und Enzymprofil bestimmt. Zudem erfolgte bei jedem Mediumwechsel eine pH-Wert- und Zellzahlbestimmung im Mediumüberstand.
Der pH-Wert fällt bei allen Kulturen im Verlauf ab; nur bei der autologen Kultur liegt er auch zu Beginn bei sehr niedrigen Werten. Insgesamt lässt sich bei allen Gruppen ein Rückgang der im Mediumüberstand enthaltenen Zellen darstellen, wobei sich die Verteilung der Zellen in Richtung avitaler Zellen verschiebt. IL-6 lässt sich zu Beginn bei allen Kulturen im Medium nachweisen. Bei der autologen Gruppe fallen die IL-6 Werte im Verlauf der Kultur kontinuierlich ab, sind aber stets höher als bei den anderen Gruppen. Bei den Kulturen nur Zellen und Telos steigen sie ab dem 4. Mediumwechsel wieder an und erreichen ein Plateau. IL-1 und TNF alpha lässt sich bei allen Kulturen mit Zellen nur ganz zu Beginn nachweisen. IFN wird nur von Zellen der autologen Kultur freigesetzt, es fällt zu Beginn leicht ab und steigt ab
dem 8. Mediumwechsel auf ein Plateau an. Der Nachweis von Lactat gelang bei allen Kulturen mit Zellen. Die autologe Kultur zeigt konstant hohe Lactat-Werte im Beobachtungszeitraum, während der Lactatspiegel bei den anderen Kulturen ansteigt. LDH fällt bei der autologen Kultur nach anfänglich
hohen Werten ab, bei Telos steigen die LDH-Werte im Kulturzeitraum an, während
sie bei nur Zellen auf einem konstanten Niveau bleiben. Alkalische Phosphatase ist nur bei der autologen Kultur zu Beginn nachweisbar.
Mikroskopisch kann die rasche Ausbildung eines Zellrasens in den ersten zwei Wochen beobachtet werden. Weiterhin dringen die ausgesäten Zellen in die Knochenkörper ein und umscheiden sie mit extrazellulärer Matrix.
Diskussion
Die Studie zeigt, dass unterschiedliche Desinfektions- und Sterilisationsverfahren von Knochentransplantaten Einfluss auf die Zytokinfreisetzung von humanen Knochenmarkszellen in einer Kultur haben.
Weiterhin wird in dieser Studie mit Hilfe einer autologen Kultur der Gold-Standard einer Knochentransplantation untersucht. Dabei stellt der Versuchsaufbau eine gute Simulation der in vivo Situation dar. Es zeigt sich hierbei deutlich, dass die Immunantwort eine physiologische Reaktion auch auf autologe Transplantate ist. Die Ausschüttung von osteoklastogenen Zytokinen scheint eine elementare Rolle beim Um und Einbau des Transplantats zu haben. Anderen Studien über biomechanische Eigenschaften und Einwachsverhalten und den
Ergebnissen unserer Arbeitsgruppe zufolge scheint das Telos-Verfahren ein günstiges Verfahren zur Behandlung von allogenen Knochentransplantaten zu sein.
opus:2316
urn:nbn:de:hebis:04-z2009-02406
Vergleichende in vitro-Analyse von allogenen Knochentransplantaten - Telos versus autolog -
Biokompatibilität
https://doi.org/10.17192/z2009.0240
Herzberger, Christoph
Herzberger
Christoph
Medical sciences Medicine
Medizin
Telos-Verfahren
Biocompatible materials
German
This study evaluates the impact of sterilisation or desinfection of bone transplants on their biocompatibility. Therefore a 12 week human bonemarrow cellculture was performed with autologeous and heat treated bone plateletts.
Repair of large skeletal defects using bone allografts has become a routine procedure in orthopaedic and trauma surgery. Different procedures of sterilisation (82.5 degrees C disinfection; 121 degrees C autoclaving; PES; Tutoplast; 25 kGy gamma irradiation) are available to inactivate bacteria and fungi, including their spores, as well as viruses in human bone allografts. The efficiency of these procedures has been proven. However, the effects on the cellular response are rarely investigated. This present in vitro study investigates the immunological answer of human bone marrow cells to human allogenous and autologous bone platelets which were sterilised by different methods.
Human bone marrow cells and the bone platelets were harvested from patients undergoing a total hip replacement. All patients provided informed consent. Human bone platelets, 10 mm in diameter, 3 mm in height, were produced from femoral heads which were removed within the scope of total hip replacements. They were used as autologeous bone transplants or were disinfected (+amp;gt; 82.5 degrees C thermodisinfection). As control a human bone marrow cell culture without bone platelets was used. Over a period of 12 weeks the changes of the interleucins and different enzymes were monitored. Light and scanning microscopy were done to reveal morphological differences. As a vitality test the trypan-blue staining was performed.
After 4 weeks the autologous bone platelets were completely covered with homogenously distributed human osteoblast like cells. The heat-sterilised/disinfected transplants demonstrated similar effects compared to the autologous bone grafts. The heat sterilisation or, respectively, disinfection methods compared to the autologous bone donation demonstrated almost similar in vitro effects. According to the interleucin-values the heat treatment with +amp;gt;82.5°C seems to be a nontoxic method to sterilize bonegrafts.
The results demonstrate the influence of the different sterilisation and disinfection procedures on the differentiation of human marrow cells (host). Similar in vitro effects were seen for the autologous and heat-treated bone platelets.
ths
Prof. Dr. Dr.
Wilke
Axel
Wilke, Axel (Prof. Dr. Dr.)
Knochentransplantation
ppn:21215933X
monograph
2011-08-10
2009-03-26
PRESERVATION_MASTER
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