Präklinische in vitro Validierung und in vivo Evaluation eines neuartigen Biohybrid-Gradienten-Schichtsystem-Vlieses als Trägermatrix für eine vaskulogene Komponente zur Versorgung epithelialer Weichgewebsdefekte
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Vor dem Hintergrund des auch heute noch bestehenden Bedarfs an Biomaterialien, die als Zell‐Trägermatrix für die Deckung von Weichgewebsdefekten eingesetzt werden können, zielte das Projekt darauf ab, eine solche Trägermatrix zu konfigurieren, die in der Lage ist, die Rolle der vaskulogenen/mesenchymalen Komponente bei der Epithelmorphogenese abzuklären. Auf Grund der Entbehrlichkeit der PCL Komponente im experimentellen Setup, kamen in Abweichung zur Ursprungsidee, selbstgefertigte rein Gelatine‐basierte Vliese in einem E‐Modul‐Bereich von ca. 2.0kPa bis 11.0kPa zum Einsatz, also einer Steifigkeit autochthoner Biomatrizes und/oder Körper‐Weichgewebe. Gerade aber diesen biomechanischen Vlieseigenschaften ist es zu verdanken, dass wir bei der präklinischen in vitro Validierung unerwarteter Weise zeigen konnten, dass das Vlies alleine, also auch ohne Integration endothelialer Zellentitäten und/oder Bindegewebsfibroblasten in das System, in der Lage ist, eine epithel‐authentische Morphogenese zu induzieren und zu manifestieren. Im Rahmen mechanistischer Detailanalysen zu den molekularen Grundlagen der auf den Vliesen beobachteten Epithelmorphogenese konnten wir das Bestehen einer Signalachse, bestehend aus “EGF‐Rezeptor‐ß1‐Integrin“ unter der Steuerung von “p44/42“ identifizieren und die genannten Moleküle als integrativen Bestandteile dieser Achse charakterisieren. Die Befundsituation der in vivo Ergebnisse zeigte, dass auch hier die Einbringung mesenchymaler Zellen in die präimplantäre Vorkultur keine bessere Epithelperformance hervorbringt, als die Monokultur, bei der nach Vorkultur nur vlies‐ständige Epithelzellen transplantiert werden. In Bezug auf die Integration der mesenchymalen Zellen, das heißt, Endothelzellen und/oder Fibroblasten ist erwähnenswert, dass wir auch hier als Modifikation zum Ursprungsprogramm eine Zusatzmatrix aus Fibrin bereitgestellt haben, um die räumliche Verteilung der Zellen bzw. das Sprouting der Endothelzellen induzieren zu können. Diese im in vitro Teil etablierte Strategie wurde zur Beibehaltung gleicher Ausgangsbedingungen auch für den in vivo Ansatz beibehalten, wobei die mesenchymalen Zellen in vivo im Gegensatz zur in vitro Situation interessanterweise in der Lage waren, das Vlies bis in die Tiefe zu infiltrieren. Dieser differenzielle Umgang mit der Gelatine‐Vlies‐Trägermatrix in vivo ist möglicherweise Protease‐gesteuert. Der Erkenntnisgewinn kann (i) aus Sicht der Biomaterialentwicklung genutzt werden, um in die Entwicklung biomechanisch maßgeschneiderter Trägermatrizes einzufließen. (ii) Aus klinisch‐translationaler Sicht zeigt er, dass im Falle einer Anwendung ein Bindegewebe oder Endothel als Zellkomponente für eine Re‐ Epithelisierung eines Weichgewebsdefektes nicht zwingend erforderlich ist. (iii) Wenn auch indirekt, ist er auch von gesundheitsökonomischem Nutzen, da kostenintensive Labor‐ und Operationszeiten verkürzt werden könnten.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Nanofibered Gelatin‐Based Nonwoven Elasticity Promotes Epithelial Histogenesis. Adv Healthc Mater. 2018 Mar 12
Jedrusik N, Meyen C, Finkenzeller G, Stark GB, Meskath S, Schulz SD, Steinberg T, Eberwein P, Strassburg S, Tomakidi P
(Siehe online unter https://doi.org/10.1002/adhm.201700895)
