Tissue Engineering von Knochen-Vergleichende Untersuchung der Differenzierung humaner Knochenmarkstromazellen (hBMSC) auf Kalziumkarbonat-Biomaterialien unter Verwendung zweier unterschiedlicher Besiedelungstechniken
Bone Tissue Engineering- comparative study of human bone marrow stroma cells (hBMSC) differentiation in calcium carbonate scaffolds using two different seeding methods
by Nils Lohse
Date of Examination:2011-10-19
Date of issue:2011-10-05
Advisor:Prof. Dr. Dr. Henning Schliephake
Referee:Prof. Dr. Dr. Henning Schliephake
Referee:PD Dr. Nikolaus Gersdorff
Referee:Prof. Dr. Dr. Thomas Crozier
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Format:PDF
Description:Dissertation
Abstract
English
The aim of the present study was to analyze, if human bone marrow stroma cells, seeded on scaffolds with addition of fibrin lead to unequal differentiation in comparison to the seeding exclusive fibrin. Furthermore we investigated the three-dimensional distribution of the cells and their differentiation in the scaffold in comparison to the two seeding methods. Two groups of calcium carbonate scaffolds were statically seeded with human mesenchymal stem cells, in which one group was inculated with fibrin. After 2 days, 1 week, 2 weeks and 3 weeks in culture, cells were three-dimensional registrated using fluorescence microscopy and structured illumination. With the aid of fluorescence analysis, the number of cells and their three-dimensional distribution were measured by registrating DAPI for the cell nucleus and the percental rate determined for those cells which were positive for osteocalcin and VEGF. The analysis showed significant higher cell numbers in the group with fibrin at all points of time. Moreover the positive marker of osteocalcin and VEGF increases significant until 2 weeks in culture and drop down after 3 weeks. In addition the group with fibrin resulted in significant higher osteocalcin and VEGF expression especialy in peripheral regions. Beside the positive influence on the cell number, fibrin has a positive effect on the osteogene differentiation of human bone marrow stroma cells and their expression of angiogene markers in calcium carbonate scaffolds.
Keywords: bone culture vegf osteocalcin tissue engineering cell culture human bone marrow stroma biocoral seeding static fibrin
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Ziel der vorliegenden Studie war es zu untersuchen, ob die Besiedelung eines Trägermaterials mit humanen Knochenmarkstromazellen in Kombination mit einer Fibrinmatrix zu einer Änderung der Differenzierung der eingesiedelten Zellen im Vergleich zur Besiedelung ohne Fibrinmatrix führt. Darüber hinaus wurde die dreidimensionale Verteilung der Zellen und ihrer Differenzierung im Gerüst im Vergleich der beiden Besiedelungstechniken analysiert. Zwei Gruppen von Kalziumkarbonatgrüsten wurden mit humanen mesenchymalen Knochenmarkstromazellen statisch besiedelt, wobei eine Gruppe von Trägern mit einer Fibrinogen-Lösung beimpft wurde. Zu den Zeitpunkten 2d, 1W, 2W und 3W in Kultur wurden die Proben durch den Einsatz von Fluoreszenzmikroskopie mit strukturierter Illumination dreidimensional analysiert. Mit Hilfe einer Doppelfluoreszenzanalyse wurden die Zellzahl und ihre dreidimensionale Verteilung anhand der Markierung der Zellkerne (DAPI) beurteilt sowie der prozentuale Anteil der Zellen bestimmt, die positiv für Osteokalzin und VEGF markiert waren. Die Auswertung zeigte eine signifikant höhere Zellzahl in der Gruppe mit der Fibrinmatrix zu allen Zeitpunkten. Zudem stieg die Zahl der positiven Markierungen sowohl für Osteokalzin als auch für VEGF in beiden Gruppen signifikant bis zum Zeitpunkt 2W an und fiel dann zum Zeitpunkt 3W wieder ab. Zu den Zeitpunkten 2W und 3W zeigte sich in der Gruppe der Fibrinmatrix ein signifikant höherer Anteil positiver Zellen für Osteokalzin und VEGF, die sich vor allem in der Peripherie des Gerüstes befanden. Neben dem positiven Einfluss auf die Zellzahl hat die Fibrinmatrix auch einen positiver Einfluss auf die osteogene Differenzierung von humanen Knochenmarkstromazellen und die Expression angiogener Faktoren in besiedelten Kalziumkarbonatgerüsten.
Schlagwörter: zellkultur knochen osteokalzin biocoral vegf tissue engineering träger zellkultur dreidimensional knochenmarkstromazellen fibrin