Biokompatibilitätsprüfung eines Gelatine-PLGA-Scaffolds für die Knorpelregeneration im Rattenmodell

Abstract

Aufgrund des schlechten Eigenreparationspotentials des Gelenkknorpels führen Fehlbelastungen, Traumata und chronische entzündliche Erkrankungen des Gelenks oftmals zu progressiven Gelenkbeschwerden oder Arthrosen. Um die Regeneration von Knorpeldefekten zu unterstützen gibt es verschiedenste Ansätze in Therapie und Forschung. Bei der derzeit vielversprechendsten Methode werden Trägermaterialien (Scaffolds) in die Knorpeldefekte eingebracht, welche den Knorpelzellen Struktur und Stabilität beim Einwachsen in den Defekt bieten sollen. Nichtsdestotrotz bieten die meisten bisher erhältlichen Trägermaterialien nicht alle gewünschten Eigenschaften für eine effiziente Knorpelregeneration. Im Rahmen dieser Arbeit wurde deshalb ein neuartiges Trägermaterial, basierend auf Gelatine und PLGA, auf seine Biokompatibilität, im Rahmen einer Langzeitimplantationsstudie im Rattenmodell, getestet. Der Hälfte der insgesamt 84 weiblichen Wistar Ratten wurden die Gelatine-PLGA- Testimplantate subkutan implantiert, der anderen Hälfte die Ethisorb®Tamponade als Vergleichsimplantat mit bekannter Biokompatibilität. Nach unterschiedlich langen Zeitintervallen, zwischen 2 und 26 Wochen, wurde das Gewebe um die Implantate histologisch aufgearbeitet und die Gewebereaktion in Anlehnung an die DIN EN ISO 10993 ausgewertet und bewertet. Dabei zeigte sich, dass das Gelatine-Scaffold gut in die umgebende Subkutis integriert und bindegewebig durchwachsen wurde. Im Vergleich zum Kontrollmaterial Ethisorb® zeigte er eine schnellere Degradationsrate. So war das Gelatine-Scaffold nach 8 Wochen histologisch nicht mehr nachweisbar, während das Kontroll-Scaffold auch nach 26 Wochen noch histologisch erkennbar war. Im Vergleich zu dem bereits zugelassenen Kontroll-Scaffold verlief die Fremdkörperreaktion auf das zu untersuchenden Gelatine-PLGA-Scaffold ausgesprochen mild. Das Gelatine-PLGA- Scaffold weist also über den gesamten Versuchszeitraum eine gute Biokompatibilität auf. Je nach gewünschter Eigenschaft stellt das Gelatine- PLGA-Scaffold somit eine potenzielle, gut abbaubare und gewebeverträgliche Alternative zu den momentan erhältlichen Scaffolds dar.

Cartilage has a limited capacity for repair. Inappropriate biomechanical stress and inflammatory diseases of the joint can result in progressive pain or osteoarthritis. There are various approaches to treatment and research to support the regeneration of cartilage. The most promising method adopts scaffolds into the cartilage defects. Ideally they would provide the cartilage with cells and offer stability for the ingrowth of new tissue. However, currently available scaffolds don’t offer all desired qualities for efficient cartilage regeneration. Therefore, a new scaffold based on gelatin and PLGA was tested for its biocompatibility over an extended time period in a rat model. This was compared against Ethisorb® Tamponade, an implant with well- known biocompatibility. Half of the total 84 female Wistar rats had the gelatin-PLGA-scaffold subcutaneously implanted, the other half the control. After various time intervals between 2 and 26 weeks the tissue around the implants was examined histologically and the foreign body reaction was evaluated according to DIN EN ISO 10993. The new scaffold was well integrated into the surrounding subcutaneous tissue and infiltrated with connective tissue. Compared to the control, the new scaffold showed improved resorption. Thus after 8 weeks the test item was no longer detectable histologically, while the control item was still histologically evident after 26 weeks. Compared to the control, the new scaffold caused a milder inflammatory response. The gelatin-PLGA-scaffold is a potential, biodegradable and biocompatible alternative to currently available scaffolds.