Regeneration of nasal and articular cartilage with collagen scaffolds from decellularised cartilage

• Applicants: Professor Dr. Rolf Erwin Brenner; Professor Dr. Rainer Buchholz; Professorin Dr. Nicole Rotter
• Subject Area: Orthopaedics, Traumatology, Reconstructive Surgery ; Biological Process Engineering ; Otolaryngology, Phoniatrics and Audiology
• Term: from 2015 to 2022
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 275046058

• Final Report Year: 2021

Final Report Abstract

Im Rahmen dieses Projektes konnte bei den in vivo Experimenten gezeigt werden, dass die nDECM für eine in-situ Regeneration des Nasenseptums im Kaninchens sehr vielversprechende Eigenschaften besitzt während die Anwendung im Kniegelenk ohne Weiterentwicklung im Herstellungsprozess nicht realistisch erscheint. Bei den in vitro Experimenten musste festgestellt werden, dass, ohne Modifikation wie eine mechanische Behandlung (crushen) oder eine Beladung mit bestimmten Migrationsfaktoren wie PDGFB, eine Rezelluarisierung nur eingeschränkt möglich ist. Wenn Zellen einwandern, differenzieren diese in einen chondrogenen Phänotyp, nachgewiesen auf Genexpressionsebene und über Produktion von knorpeltypischen Bestandteilen wie Aggrekan und Kollagen II. Die Untersuchungen in vitro mit humanen primären Monozyten/Makrophagen zeigten ein inflammatorisches Potential, zumindest für eine chronische Inflammation, diese konnte aber durch die Beladung der nDECM mit IL- 4 reduziert werden. In den in vivo Experimenten wurde, bei Implantation in das Nasenseptum ebenfalls eine leichte inflammatorische Reaktion festgestellt. Die Anwendung im Kniegelenk führte im Fall der nativen nDECM zu einer fibrotischen Reaktion, deren Ursache weiterer Klärung bedarf. Über die Zeit wurde die nDECM degradiert und die inflammatorischen Reaktionen reduzierten sich auf das Maß der Kontrollen, während es im Nasenseptum nicht aber im synovialen Gelenk zur Neubildung von Knorpel kam. Ob es im Nasenseptum tatsächlich zu einem vollständigen Abbau bzw. zu einer vollständigen Regeneration kommt, kann mit den vorhandenen Daten jedoch nicht abschließend beurteilt werden. Versuche mit längerer Beobachtungsdauer als 4 Monate sind hier vonnöten.

Publications

• Characterization of a migrative subpopulation of adult human nasoseptal chondrocytes with progenitor cell features and their potential for in vivo cartilage regeneration strategies. Cell Biosci. 2016 Feb 13;6:11
  Elsaesser AF, Schwarz S, Joos H, Koerber L, Brenner RE, Rotter N
  
• Modulation of the inflammatory response to decellularized collagen matrix for cartilage regeneration. J Biomed Mater Res A. 2021 Dec 29
  Gvaramia D, Kern J, Jakob Y, Tritschler H, Brenner RE, Breiter R, Kzhyshkowska J, Rotter N