Das Tissue Engineering im Bereich avaskulärer Meniskusläsionen beinhaltet eine in vitro Kultivierung und Differenzierung von autologen Zellen in einem Scaffold und die anschließende Implantation in den Meniskusdefekt.
Eine im eigenen Labor als solches Scaffold entwickelte Hyaluronsäure-Gelatine-Komposit-Matrix soll durch zusätzliches Einbringen von Gelatine und Transglutaminase mechanisch stabilisiert werden.
Zur Messung der Stabilität der mit Transglutaminase enzymatisch quervernetzten Gelatine bestimmten wir unter anderem einen Wert für die Arbeit zur Kompression des Gels in einer Well-Platte mit Hilfe eines umfunktionierten Infusiomaten und eines ausgesuchten Stempels. Außerdem erfolgten Kompressionen von freien Gel-Zylindern und Matrices – bei Messung der Matrices zusätzlich auch Zugbelastungen.
Zur Bestimmung der enzymatischen Aktivität bevorzugten wir eine Fluoreszenz-Messung mit Kasein und Dansylcadaverin als Substrate. Unter Verwendung einer Meerschweinchentransglutaminase von Sigma als Standardtransglutaminase konnten wir die Aktivität der Transglutaminasen dosieren und unter verschiedenen Einflussfaktoren überprüfen.
Für die meisten mechanischen Versuche verwendeten wir eine bakterielle Transglutaminase von Ajinomoto.
Um eine möglichst feste Gelstruktur herzustellen, erwies es sich als vorteilhaft, die enzymatische Quervernetzung für mindestens 24 Stunden bei 4 °C stattfinden zu lassen.
Eine bis zu 24-stündige Kälteexposition der mesenchymalen Stammzellen in Form einer 3-D-Kultur in der quervernetzten Gelatine stellte bei 28-tägiger Nachbeobachtung keine relevante negative Auswirkung auf die Überlebensrate und das metabolische Wachstum dar. Eine Zellproliferation zeigte sich bei allen Gruppen unabhängig von der Kälteexposition kaum. Die Zellmorphologie zeigte die Ausbildung von Pseudopodien. Nach 28 Tagen ergaben sich Hinweise für eine osteogene Differenzierung. Insgesamt konnten die Zellen gut und in homogener Anordnung in der Gelatine stabilisiert werden.
Weitere Einflussfaktoren, wie die Konzentrationen der Gelatine, der Transglutaminase, des bei Ajinomoto enthaltenden Maltodextrin-Zucker und des fetalen bovinen Serum zeigten bei höheren Konzentrationen keine negativen, sondern zum Teil sogar positive Auswirkungen auf Zellvitalität und –wachstum.
Das Einbringen einer Gelatine-Transglutaminase-Lösung in die Poren der Hyaluronsäure-Gelatine-Komposit-Matrix und die anschließende Inkubation bei 4°C zeigte eine erhebliche Verbesserung der mechanischen Stabilität bei Kompression und Zugbelastung, sogar noch verstärkt durch zusätzliche Vorbehandlung der Matrices mit Transglutaminase, so dass eine zusätzliche Dosis von Transglutaminase an die Matrix vorweg adhärieren konnte.
Bei Kompressionen konnte etwa eine Verzehnfachung des E-Modul erreicht werden. Die maximale Zugbelastung konnte ungefähr verdoppelt werden. Die Zugdehnung wurde ebenfalls verbessert.
Insgesamt konnte festgehalten werden, dass durch die Einbringung von quervernetzter Gelatine eine Verbesserung von Materialeigenschaften gelang, die bei den herkömmlichen Matrices unbefriedigend waren.
Höhere Konzentrationen von Gelatine und Transglutaminase als die von uns gewählten maximalen Konzentrationen von 5% bzw. 3 U/ml wären wünschenswert, stellten allerdings ein Handhabungsproblem dar, insbesondere in Bezug auf das rechtzeitige Einbringen der Gelatine-Transglutaminase-Lösung in die Matrix vor dem Zäh-Werden und schließlich Hart-Werden der Lösung
