Die Kombination der steigenden Fallzahlen von Sehnenverletzungen durch den demographischen Wandel sowie der verstärkten Ausübung von Leistungssportarten mit ungenügenden medizinischen Behandlungsmöglichkeiten erklärt den Bedarf an alternativen Lösungen. Das Konstruieren von Sehnengewebe außerhalb des Organismus stellt einen viel versprechenden Ansatz hierfür dar. Ziel dieser Arbeit war es, einen implantierbaren Sehnenzell-Biomaterial-Verbund herzustellen und seinen Einfluss auf das Heilungsergebnis zu untersuchen. Zunächst wurden sechs Strategien zur Besiedelung von Polyglykolsäure (PGA)-Scaffolds mit Sehnenzellen genutzt und das Konstrukt im Hinblick auf Histologie, Morphologie und Vitalität der aufgebrachten Sehnenzellen untersucht. Es handelte sich um statische Besiedelungsverfahren (Adhäsions-, Transwell-, Zentrifugations-, Fibrinkultur) sowie zwei dynamische Techniken (Roller- und Spinnerflaschenkulturen). Um den Einfluss des Kultursystems auf das Differenzierungsprofil von Sehnenzellen zu bestimmen, wurden Histomorphologie und Expression typischer Sehnenkomponenten in dreidimensionalen (3D) Polylaktid-Co-Gykolsäure (PLGA) Fibrinkulturen sowie Biomaterial-freien 3D-Massenzellkulturen mit der für die Zellexpansion notwendigen zweidimensionalen (2D) Monolayerkultur und der intakten Sehne verglichen. Das Expressionsprofil wurde außerdem in der Monolayerkultur über 12 Passagen beobachtet. Im partiellen Achillessehnendefekt des Kaninchens wurden schließlich die komplexen biologischen Reaktionen eines Organismuses auf ein mit Sehnenzellen besiedeltes oder zellfreies PGA-Fibrin-Konstrukt beleuchtet. Als Kontrolle dienten unbehandelte Sehnendefekte. Zu der Beurteilung der Heilung wurde ein mehrstufiges Scoresystem erstellt. Beim Vergleich der Besiedelungstechniken wurde der Einsatz der Fibrinkultur für die Arbeit mit Sehnenzellen als effizienteste Strategie ausgewählt. Die Daten gaben Hinweise auf eine Dedifferenzierung der Zellen in der 2D-Kultur im direkten Vergleich zur Sehne. Diese konnten durch Einbringen der Zellen in ein 3D-System reduziert werden. Als Anzeichen einer Redifferenzierung in den 3D- Kulturen synthetisierten die Zellen Sehnenmatrixkomponenten und spezifische Transkriptionsfaktoren auf einem ähnlichen Niveau wie die Sehne, insbesondere nach 4 Wochen Kultivierungsdauer. Beim Vergleich der beiden 3D-Systeme waren jedoch Unterschiede im Expressionsprofil erkennbar. Über den Beobachtungszeitraum von 3- 12 Passagen zeigten die in vitro-expandierten Zellen keine signifikant veränderte Expression der meisten untersuchten Gene, so dass für die Herstellung der Konstrukte Zellen der Passagen 6 - 9 Verwendung fanden. Das Implantat erwies sich bei der makroskopischen Bewertung der Defektheilung nach 6 und 12 Wochen, beim Vergleich der Sehnengewichte sowie bei der histologischen Auswertung nach 6 Wochen als vorteilhaft im Vergleich zu den Kontrollen. Mit dieser Doktorarbeit konnte erstmals ein umfassender, mehrteiliger Score erstellt werden, der eine Vielzahl der Charakteristika der Sehnenheilung abbildet und übertragbar die Bewertung einer Biomaterial-unterstützten Heilung im Sehnendefekt ermöglicht. Des Weiteren wurden erste Versuche mit einer dezellularisierten natürlichen Sehnenmatrix und gestickten PGA-Vliesvarianten als weiterführende Alternativen durchgeführt.
The combination of increasing case numbers of tendon injuries induced by demographic change and intensified competitive sports with insufficient medical treatment assert the need of alternative solutions. Engineering of tendon tissue outside the organism constitute a promising strategy. Aim of this study was to produce a tenocyte-biomaterial-composite for further implantation and to analyse its influence on tendon healing. At first six strategies seeding cells onto polyglycolic acid (PGA) scaffolds were used. The construct was inspected for histology, morphology and vitality of cells. Static seeding procedures (adhesion, transwell, centrifugation and fibringel- culture) and two dynamic seeding procedures (roller and spinnerflask-culture) were compared. To identify the influence of the culture system to the state of tenocyte differentiation histomorphology and expression of typical tendon components were compared. The investigations included the three-dimensional (3D) poly(lactide-co-glycolide)- (PLGA)- fibringel-culture, the 3D high density culture, the expansion-culture and also healthy tendon. Additionally, the expression profile was monitored in expansion-culture (2D) over 12 passages. Complex biological reactions in vivo to seeded PGA-fibringel-culture and cell free PGA-construct were detected in a partial tendon defect of rabbit Achilles tendon. Untreated defects served as controls. A multi-level score system was designed to monitor tendon healing. The fibringel-culture was chosen to be the most efficient seeding strategy for the work with tenocytes. Collected data gave indication of de-differentiation of tenocytes cultured in 2D-culture in direct comparison to tendon tissue. Insertion of tenocytes in 3D-cultures reduced the impression of de-differentiation. Indicators of tenocytes re-differentiation in 3D-cultures were expressions of matrix components and transcription factors at a similar level compared with tendon especially after 4 weeks of culture time. Differences in expression profile could be detected when both 3D-systems were compared. The in vitro cultured tenocytes showed no change in expression profile in most analysed genes when monitored over 12 passages. Therefore, cells of passage 6– 9 could be used for engineering tendon constructs. The implant offered better macroscopical score after 6 and 12 weeks as well as reduced tendon weight and better histology after 6 weeks compared to the empty defect or PGA alone. A new comprehensive multi-part score was established to display a multitude of characteristics of tendon healing that is transferable to other biomaterial-supported healing of tendon defects. Furthermore, pioneer tests with decellularised natural tendon and embroidered PGA scaffolds were conducted.
