Defektregeneration – ein Casebook | 17 Zusammenfassung Biomaterial Während anorganischer boviner und porciner Knochen eine hohe Volumenstabilität aufweisen und als osteokonduktives Gerüstmaterial fungieren [31], wird deren permanenter Verbleib im Körper des Patienten aufgrund der ossären Integration des Materials kontrovers diskutiert [32]. Anders als der xenogene Knochen, werden synthetische und allogene Materialien in patienteneigenes Knochengewebe umgewandelt. Resorbierbare Materialien sollten mit einer Barrieremembran abgedeckt werden, um Resorptionsprozesse zu unterbinden und das Material zu fixieren. So obliegt die Entscheidung für ein Biomaterial dem gewünschten Resorptionsvermögen bzw. der Volumenstabilität, der Präferenz der Anwender sowie den ethnischen Anforderungen der Patienten. Weitere Literatur „Verbessertes Wundheilungspotenzial primärer humaner oraler Fibroblasten und parodontaler Ligamentzellen, die auf vier verschiedenen Kollagen-Matrices porcinen Ursprungs kultiviert wurden” Zhikai Lin, Cristina Nica, Anton Sculean, Maria B. Asparuhova. Enhanced Wound Healing Potential of Primary Human Oral Fibroblasts and Periodontal Ligament Cells Cultured on Four Different Porcine-Derived Collagen Matrices. Materials. 2020 Aug 29;13(17):3819. Ziel Das Migrations-, Adhäsions-, Proliferations- und Wundheilungspotential parodontaler Ligamentzellen (hPDL) (Abb. 3a) und primärer humaner oraler Fibroblasten (hOF) (Abb. 3b) als Reaktion auf vier handelsübliche KollagenMatrices untersuchen. Methode und Ergebnisse Gesundes parodontales Ligament (zur Gewinnung von hPDL) aus dem mittleren Drittel extrahierter dritter Molaren oder Gewebeproben, die aus der subepithelialen Gaumenschleimhaut (zur Gewinnung von hOF) von gesunden Probanden entnommen wurden, wurden zerkleinert.* Die extrahierten primären Zellen wurden ausgehungert und auf den vier KollagenMatrices kultiviert. Die Untersuchung der Wundheilung erfolgte in Zellkulturplatten (24- Well-Platten) mit extrem geringer Anhaftung. Alle untersuchten Matrices bieten ein günstiges Umfeld, das die Migration, Adhäsion und Proliferation der getesteten Zellen fördern kann. Die Expression von Genen, die für die angiogenen Faktoren FGF-2 und VEGF-A kodieren, war in Zellen, die nur auf DADM und HADM gezüchtet worden waren, stark erhöht, was auf eine gute Grundlage für eine beschleunigte Vaskularisierung der letzteren schließen lässt. Orale Fibroblasten und parodontale Ligamentzellen sind zwei Zelltypen, die bei der parodontalen Regeneration eine zentrale Rolle spielen. Zusammenfassung Unter den vier Matrices hat NovoMatrix™ kontinuierlich stärkere positive Auswir- kungen auf das orale Zellverhalten ge- zeigt, was auf verbesserte Fähigkeiten zur Weichgeweberegeneration hindeutet. Es ist wahrscheinlich, dass vor allem die po- röse Struktur und die einzigartige Schich- tung der Matrices zusammen mit ihren Oberflächeneigenschaften und Motiven, die an der Erkennung und Bindung von Zellen beteiligt sind, dem differentiellen Verhalten der auf den verschiedenen Matrices ge- wachsenen Zellen zugrunde liegen. Fakten zu NovoMatrix™ aus den Studien Langfristige Geweberegeneration Geeignet für Knochenregeneration Positive Auswirkungen auf das orale Zellverhalten Verbesserte Fähigkeit zur Weichgeweberegeneration Die Matrix mit der günstigsten Freisetzungskinetik DADM NovoMatrix™ DADM NovoMatrix™ hPDL 3a *** *** *** *** *** *** *** ** * * * * 120 100 80 60 40 20 0 Anzahl der Zellen (x 103) 0 1 3 5 7 11 9 Zeit für Proliferation (Tage) CCM NCM Kontrolle DADM NovoMatrix™ ** ** Zeit für Proliferation (Tage) Abb. 3: Erhöhte Proliferation primärer hPDL- und hOF-Zellen, die auf den vier Matrices kultiviert wurden (*** p < 0.001, ** p < 0.01, * p < 0.05). * Ethikkommission, Bern Schweiz (BASEC-Nr. 2018-006661) 3b hOF *** *** *** *** *** *** *** *** * * * 120 100 80 60 40 20 0 Anzahl der Zellen (x 103) 0 1 3 5 7 11 9 CCM NCM Kontrolle DADM NovoMatrix™ * Ctrl ST2 MC3T3-E1 DADM HADM NCM CCM „Positive Auswirkungen dreidimensionaler kollagenbasierter Matrices auf das Verhalten von Ostoeprogenitorzellen” Zhikai Lin, Cristina Nica, Anton Sculean, Maria B. Asparuhova. Positive Effects of Three-Dimensional Collagen-Based Matrices on the Behavior of Osteoprogenitors Front Bioeng Biotechnol. 2021 Jul 21;9:708830. Ziel Aktuelle Forschungsarbeiten haben gezeigt, dass verstärkte dreidimensionale (3D) KollagenMatrices ein stabiles Gerüst zur RehabilitationvonverlorenemVolumenbeidefizitäremAlveolarknochen darstellen. In der vorliegenden Studie wurde das Migrations, Adhäsions, Proliferations-undDifferenzierungspotenzialvon mesenchymalen StromaST2Zellen und präosteoblastischenMC3T3-E1-ZellenalsReaktion auf vier verschiedene 3DKollagenMatrices vergleichend untersucht. Getrocknete azelluläre Dermalmatrix (DADM), hydratisierte azelluläre Dermalmatrix (HADM/NovoMatrix™), nichtvernetzteKollagenmatrix(NCM)undvernetzteKollagenmatrix(CCM)verbessertenalledieMotilitätderOsteoprogenitorzellen. Ergebnisse VergleichzuDADMundNCMlöstenHADMundCCMeinestärkereMigrationsreaktionaus. Während Zellen in Kombination mit DADMundNCMvergleichbareProliferationsraten aufwiesen wie Kontrollzellen ohne zusätzliche Anwendung von Biomaterialien, vermehrtensichZellenaufHADMundCCMdeutlichschneller.Dieproliferationsfördernde Wirkung der beiden Matrices wurde durch eineerhöhteGenexpressionzurRegulierungder Zellteilung unterstützt. In den Zellen dieserbeidenGerüstewurdeeineerhöhteGenexpressionfürdieadhäsivenMoleküleFibronektin,Vinculin,CD44-AntigenunddasintrazelluläreadhäsiveMolekül-1beobachtet, wasaufhervorragendeadhäsiveEigenschaften der untersuchten Biomaterialien schließen lässt. Im Gegensatz zu den Genen für KnochenmatrixproteineKollagenTypI(Col1a1) undOsteopontin(Spp1),welcheinallenArtenvonMatricesinduziertwurden,wardieExpressionderosteogenenDifferenzierungsmarkerRunx2,Alpl,Dlx5,Ibsp,Bglap2undPhexinZellenaufHADMundCCMsignifikanterhöht.Diekurze/klinischrelevanteVorbeschichtung der 3DBiomaterialien mit Schmelz Matrix-Derivat(EMD)oderrekombinantemmorphogenetischemKnochenprotein-2(rBMP2)steigertedieosteogeneDifferenzierungbeiderOsteoprogenitor-ZelllinienaufallenMatricessignifikant,einschließlichDADMundNCM.Diesdeutetdaraufhin,dassdiebiologischeAktivitätvonEMDundBMP-2auchnachFreisetzung aus den Matrices erhalten bleibt. EMDlöstedieExpressionallerfürdieOsteogenese zusammenhängenden Gene aus, währendrBMP-2dieExpressionfrüher,intermediärerundspäterosteogenerDifferenzierungs-MarkermitAusnahmevonCol1a1undSpp1hochregulierte. Zusammenfassung ZusammengefasstunterstützendieErgebnissedenpositivenEinflussvonHADMundCCMaufdieRekrutierung,dasWachstumunddieosteogeneDifferenzierungderOsteoprogenitor-Zelltypen.Darüberhinausbekräftigendie Daten, dass die Biofunktionalisierung der kollagenbasiertenMatricesmitEMDoderrBMP-2einemöglicheBehandlungbeiKnochendefekten in der klinischen Praxis darstellt. 1a Abb. 1: Erhöhtes Migrationspotenzial von Osteoprogenitor-Zelllinien gegenüber vier verschiedenen kollagenbasierten Matrices. Migration von stromalen mesenchymalen ST2 (a, b) und präosteoblastischen MC3T3-E1-Zellen (a, c) gegenüber DADM-, HADM-, NCM- und CCM-Matrices wurde mit einem modifizierten Boyden-Kammer-Migrationsassay unter Verwendung von ThinCert® transwell PETMembranträger mit einer Porengröße von 8 μm. (a) Repräsentative Bilder von fixierten und gefärbten Zellen, die zur Unterseite der Membran in jeder der Versuchsgruppen gewandert sind. Maßstabsbalken, 500 μm. (b, c) Quantifizierung der Zellmigration in Abwesenheit (Ctrl) oder Anwesenheit von kollagenbasierten Matrices unter Verwendung der Software Image J durch Messung der Fläche auf der Unterseite des Membranträgers, die mit migrierten Zellen bedeckt ist. Die Daten stellen Mittelwerte ± SD aus drei unabhängigen Experimenten, die mit jeder der beiden Zelllinien durchgeführt wurden. Signifikante Unterschiede zu den jeweiligen Kontrollen, sofern nicht anders angegeben (***p < 0.001, **p <0.01, *p < 0.05). 1b 4.5 4.0 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 Ctrl HADM NCM CCM DADM Zellbedeckter Bereich (beliebige Einheiten) ST2 1c 4.5 4.0 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 Ctrl HADM NCM CCM DADM MC3T3-E1 *** *** ** ** ** * *** *** *** * *** ** *** *** * Die Studien sind open Access verfügbar [29] Zhikai Lin, Cristina Nica, Anton Sculean, Maria B. Asparuhova. Enhanced Wound Healing Potential of Primary Human Oral Fibroblasts and Periodontal Ligament Cells Cultured on Four Different Porcine-Derived Collagen Matrices. Materials. 2020 Aug 29;13(17):3819. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC7504420/ [28] Cristina Nica, Zhikai Lin, Anton Sculean, Maria B. Asparuhova. Adsorption and Release of Growth Factors from Four Different Porcine-Derived Collagen Matrices. Materials. 2020 Jun 9;13(11):2635. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC7321618/ [30] Zhikai Lin, Cristina Nica, Anton Sculean, Maria B. Asparuhova. Positive Effects of Three-Dimensional Collagen-Based Matrices on the Behavior of Osteoprogenitors Front Bioeng Biotechnol. 2021 Jul 21;9:708830.
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