Tissue Engineering von Knochen beim Chinchilla Bastard Kaninchen unter besonderer Berücksichtigung der flat panel Volumencomputertomographie: Eine Pilotstudie

Scaffoldbasiertes Tissue Engineering von Knochen ist ein viel versprechender Ansatz zur Regeneration von kritisch großen Knochendefekten durch Trauma, Tumoren und Fehlbildungen sowie bei der Behandlung von Pseudarthrosen. Von der Entwicklung der Präparate zur klinischen Anwendung geeigneten Scaffold...

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1. Verfasser: Hägele, Julian
Beteiligte: Wilke, Axel (Prof. Dr. Dr.) (BetreuerIn (Doktorarbeit))
Format: Dissertation
Sprache:Deutsch
Veröffentlicht: Philipps-Universität Marburg 2010
Operative Medizin
Schlagworte:
VCT
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topic VCT
Kaninchen
VCT
Knochenersatz
Scaffold
Tierversuch
Polymer
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Critical size defect
Medizin, Gesundheit
Rabbit
Kalziumphosphat
Mesenchymale Stammzellen
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Knochen
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Kaninchen
VCT
Knochenersatz
Scaffold
Tierversuch
Polymer
Bone
Critical size defect
Medizin, Gesundheit
Rabbit
Kalziumphosphat
Mesenchymale Stammzellen
Tissue engineering
Knochen
Tissue Engineering von Knochen beim Chinchilla Bastard Kaninchen unter besonderer Berücksichtigung der flat panel Volumencomputertomographie: Eine Pilotstudie
The scaffold-based tissue engineering of bones is an extremely promising concept with regard to the regeneration of major bone defects due to trauma, tumour or developmental abnormalities as well as for the treatment of pseudo-arthroses. The in vivo testing of implants is a significant phase in the development of specimens for the clinical application of suitable scaffolds. Within our Project a new Scaffold made of Poly-lactid-co-glyocolid-acid and CaP was developed. Half of the Scaffolds were populated with allogen rabbit mesenchymal stem cells in the fixed bed bioreactor (3D-cultivation). The two Scaffold-Groups, populated and unpopulated, were testet in the Critical Size Defect of the Chinchilla Bastard rabbit in vivo. The collection of an optimal amount of information from these initial – clinical - tests demands, ideally, the most diagnostically conclusive studies possible. We tested the procedure of flat panel volumetric computer tomography (fpvCT) thus far virtually untried in the area of bone tissue engineering for the in vivo evaluation of small animal experiments and compared it with other methods (projection radiography, micro-CT, histology). The main questions were whether in situ osteosynthesis decreased representability (artefact formation), the scaffold could be demonstrated by means of fpvCT, and whether the course of degradation and bone growth could be observed, the course of growth precisely evaluated, neoformation of vessels demonstrated in the osteotomic cleft, and what conclusions could be reached with regard to animal models and osteosynthesis. We worked with a CT from the company GE Global Research, Niskayuna, New York. This flat panel volumetric computed tomograph functions with two flat panel radiographic sensors with a resolution of 1024x1024 pixels in each instance. We were able to demonstrate that the fpvCT is an alternative to be considered seriously in terms of the in vivo evaluation of small animal experiments on behalf of scaffold-based tissue engineering. It is superior to projection radiography and can replace the micro-CT, if high resolution is not required. Major advantages of this method over the micro-CT are the shorter scan time, the lower radiation exposure, the larger presentable area and the possibility of carrying out several experiments on a single animal over the course of time. In terms of resolution the fpvCT is superior to the micro-CT. Above all with respect to issues concerning the neoformation of bone and the differentiation between degraded scaffold and new bone, histology is indispensable.
Hägele, Julian
description Scaffoldbasiertes Tissue Engineering von Knochen ist ein viel versprechender Ansatz zur Regeneration von kritisch großen Knochendefekten durch Trauma, Tumoren und Fehlbildungen sowie bei der Behandlung von Pseudarthrosen. Von der Entwicklung der Präparate zur klinischen Anwendung geeigneten Scaffolds ist die in vivo Testung der Implantate ein entscheidender Schritt. Im Rahmen unseres Projektes wurde ein Composite-Scaffold aus dem Polymer Polylactid-co-Glycolid-Acid (PLGA) und Kalziumphosphat entwickelt und eingesetzt, mit allogenen mesenchymalen Stammzellen (MSC) im Festbett-Perfusions-Bioreaktor besiedelt oder unbesiedelt im Tierversuch erprobt. Als Tierversuchsmodell wurde das Konzept des „Critical size defects“ (=Defekt kritischer Größe) Im Femur des Chinchilla Bastard Kaninchens zu Grunde gelegt. Um möglichst viele Informationen aus diesen ersten „klinischen“ Versuchen zu gewinnen, war eine möglichst Aussagekräftige Untersuchungen notwendig. Wir haben die neue, im Tissue Engineering von Knochen bisher kaum angewandte flat panel volumetric Computer Tomography (fpvCT) zur in vivo Evaluation eines Kleintierversuches getestet und mit anderen Methoden (Projektionsröntgen, Mikro-CT, Histologie) verglichen. Zentrale Fragen waren, ob die einliegende Osteosynthese die Darstellbarkeit verminderte (Artefaktbildung), das Scaffold mittels fpvCT darstellbar war und ob Degradation und Knochenwachstum im Verlauf beobachtet werden konnten, die genaue Evalutation des Wachstumsverhaltens, ob Gefäßneubildung im Osteotomiespalt gezeigt werden konnte und welche Rückschlüsse sich auf Tiermodell und Osteosynthese ziehen ließen. Wir arbeiteten mit einem CT der Firma GE Global Research, Niskayuna, New York. Dieser flat panel volumetric Computed Tomograph arbeitet mit zwei flat panel Röntgensensoren mit einer Auflösung von jeweils 1024x1024 Pixeln. Wir konnten zeigen, dass das fpvCT eine ernst zu nehmende Alternative in der in vivo Evaluation von Kleintierversuchen zum Scaffoldbasiertem Tissue engineering ist. Es ist dem Projektionsröntgen überlegen und kann das Mikro-CT – wenn die hohe Auflösung nicht benötigt wird – ersetzen. Große Vorteile dieser Methode gegenüber dem Mikro-CT ist die kürzere Scanzeit, die geringere Strahlenbelastung, der größere darstellbare Bereich und die Möglichkeit mehrerer Untersuchungen im Zeitverlauf an einem Tier durchzuführen. In der Auflösung ist das fpvCT dem Mikro-CT unterlegen. Vor allem bei Fragestellungen zum Aufbau des neu gewachsenen Knochens und der Differenzierung zw. degradiertem Scaffold und neuem Knochen ist die Histologie unerlässlich.
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Um möglichst viele Informationen aus diesen ersten „klinischen“ Versuchen zu gewinnen, war eine möglichst Aussagekräftige Untersuchungen notwendig. Wir haben die neue, im Tissue Engineering von Knochen bisher kaum angewandte flat panel volumetric Computer Tomography (fpvCT) zur in vivo Evaluation eines Kleintierversuches getestet und mit anderen Methoden (Projektionsröntgen, Mikro-CT, Histologie) verglichen. Zentrale Fragen waren, ob die einliegende Osteosynthese die Darstellbarkeit verminderte (Artefaktbildung), das Scaffold mittels fpvCT darstellbar war und ob Degradation und Knochenwachstum im Verlauf beobachtet werden konnten, die genaue Evalutation des Wachstumsverhaltens, ob Gefäßneubildung im Osteotomiespalt gezeigt werden konnte und welche Rückschlüsse sich auf Tiermodell und Osteosynthese ziehen ließen. Wir arbeiteten mit einem CT der Firma GE Global Research, Niskayuna, New York. Dieser flat panel volumetric Computed Tomograph arbeitet mit zwei flat panel Röntgensensoren mit einer Auflösung von jeweils 1024x1024 Pixeln. Wir konnten zeigen, dass das fpvCT eine ernst zu nehmende Alternative in der in vivo Evaluation von Kleintierversuchen zum Scaffoldbasiertem Tissue engineering ist. Es ist dem Projektionsröntgen überlegen und kann das Mikro-CT – wenn die hohe Auflösung nicht benötigt wird – ersetzen. Große Vorteile dieser Methode gegenüber dem Mikro-CT ist die kürzere Scanzeit, die geringere Strahlenbelastung, der größere darstellbare Bereich und die Möglichkeit mehrerer Untersuchungen im Zeitverlauf an einem Tier durchzuführen. In der Auflösung ist das fpvCT dem Mikro-CT unterlegen. Vor allem bei Fragestellungen zum Aufbau des neu gewachsenen Knochens und der Differenzierung zw. degradiertem Scaffold und neuem Knochen ist die Histologie unerlässlich. opus:3325 2011-08-10 Tissue Engineering von Knochen beim Chinchilla Bastard Kaninchen unter besonderer Berücksichtigung der flat panel Volumencomputertomographie: Eine Pilotstudie Rezwan, K. ; Chen, Q. Z. ; Boccaccini, J. J. B. A. R.: Biodegradable and bioactive porous polymer/inorganic composite scaffolds for bone tissue enginee- ring. In: Biomaterials 27 (2006), June, Nr. 18, S. 3413–3431 2006-06 Biodegradable and bioactive porous polymer/inorganic composite scaffolds for bone tissue engineering Reichardt, B. ; Sarwar, A. ; Bartling, S. H. ; Cheung, A. ; Grasruck, M. ; Leidecker, C. ; Bredella, M. A. ; Brady, T. J. ; Gupta, R. : Mus- culoskeletal Applications of flat-panel volume CT. In: Skeletal Radiology 37 (2008), December, Nr. 12, S. 1069–1076 2008 Musculoskeletal Applications of flat-panel volume CT Karp, J. 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Für die Durchführung der Projektionsradiologischen Untersuchung vielen Dank an PD Dr Für die Unterstützung der tierexperimentellen Phasen geht mein Dank an Guido Schemken (Leiter der Versuchstierhaltung, Philipps-Universtät Marburg) und sein Team. Danksagung 109 Für die Unterstützung der tierexperimentellen Phasen geht mein Dank an Guido Schemken (Leiter der Versuchstierhaltung, Philipps-Universtät Marburg) und sein Team Vögelin, E. ; Jones, N. F. ; Huang, J. I. ; Brekke, J. H. ; Liebermann, J. R.: Healing of a Critical-Sized Defect in the Rat Femur with use of a Vas- cularized Periosteal Flap, a Biodegradeable Matrix, and Bone Morphogenetic Proteins. In: Journal of Bone and Joint Surgery 87 (2005), June, Nr. 6, S. 1323–1331 2005-06 Healing of a Critical-Sized Defect in the Rat Femur with use of a Vascularized Periosteal Flap Jones, J. R. ; Lee, P. D. ; Hench, L. L.: Hierarchical porous materials for tissue engineering. In: Philosophical Transactions. 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Horst Traupe für das freundliche zur Verfügung stellen des fpvCTs und seiner Einrichtungen (alle Klinik für Neuroradiologie Radice, M. ; Brun, P. ; Cortivo, R. ; Scapnelli, R. ; Battaliard, C. ; Abatangelo, G. : Hyaluronan-based biopolymers as delivery vehicles for bone- marrow-derived mesenchymal progenitors. In: Journal of Biomedical Material Research 50 (2000), S. 101–109 2000 Hyaluronan-based biopolymers as delivery vehicles for bonemarrow-derived mesenchymal progenitors Solchaga, L. A. ; Dennis, J. E. ; Goldberg, V. M. ; Caplan, A. I.: Hyalu- ronic Acid-B ased Polymers as Cell Carriers for Tissue-Engineered Repair of Bone and Cartilage. In: Journal of Orthopaedi Research 17 (1999), S. 205–213 1999 Hyaluronic Acid-B ased Polymers as Cell Carriers for Tissue-Engineered Repair of Bone and Cartilage Kapitel 2. In Vitro Cultivation of Rabbit Mesenchymal Stromal Cells on 3D Bioresorbable Calcium Phosphate Scaffolds for the Generation of Bone Tissue Implants. 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Vie- lem Dank für die Unterstützung, Zusammenarbeit und viele unterhaltsamen Stun- den. Verzeichnis der akademischen Lehrer Nur zusammen konnten wir diese Arbeiten schaffen, alleine wäre das wohl sehr schwierig geworden. Vielem Dank für die Unterstützung Philip Völkel vielen Dank für die Unterstützung bei der Literaturrecherche. Philip Völkel vielen Dank für die Unterstützung bei der Literaturrecherche Perren, S. M.: Physical and Biological Aspects of Fracture Healing with Special Reference to Internal Fixation. In: Clinical Orthopaedics and Related Research 138 (1979), January-February, Nr. 1, S. 175–196 1979-01 Physical and Biological Aspects of Fracture Healing with Special Reference to Internal Fixation Seal, B. : Polymeric biomaterials for tissue and organ regeneration. In: Ma- terials Science and Engineering: R: Reports 34 (2001), October, Nr. 4-5, S. 147–230 2001 Polymeric biomaterials for tissue and organ regeneration Liu, X. ; Ma, P. 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The collection of an optimal amount of information from these initial – clinical - tests demands, ideally, the most diagnostically conclusive studies possible. We tested the procedure of flat panel volumetric computer tomography (fpvCT) thus far virtually untried in the area of bone tissue engineering for the in vivo evaluation of small animal experiments and compared it with other methods (projection radiography, micro-CT, histology). The main questions were whether in situ osteosynthesis decreased representability (artefact formation), the scaffold could be demonstrated by means of fpvCT, and whether the course of degradation and bone growth could be observed, the course of growth precisely evaluated, neoformation of vessels demonstrated in the osteotomic cleft, and what conclusions could be reached with regard to animal models and osteosynthesis. We worked with a CT from the company GE Global Research, Niskayuna, New York. This flat panel volumetric computed tomograph functions with two flat panel radiographic sensors with a resolution of 1024x1024 pixels in each instance. We were able to demonstrate that the fpvCT is an alternative to be considered seriously in terms of the in vivo evaluation of small animal experiments on behalf of scaffold-based tissue engineering. It is superior to projection radiography and can replace the micro-CT, if high resolution is not required. Major advantages of this method over the micro-CT are the shorter scan time, the lower radiation exposure, the larger presentable area and the possibility of carrying out several experiments on a single animal over the course of time. In terms of resolution the fpvCT is superior to the micro-CT. Above all with respect to issues concerning the neoformation of bone and the differentiation between degraded scaffold and new bone, histology is indispensable. Bone Tissue Engineering in the Chinchilla Bastard Rabbit with special consideration of flat panel volume Computertomography: Pilot Study 2010-12-29 2010-12-16 Philipps-Universität Marburg Hägele, Julian Hägele Julian ths Prof. Dr. Dr. Wilke Axel Wilke, Axel (Prof. Dr. Dr.)
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