Podcasts about schafmodell

In dieser präklinischen Machbarkeitsstudie wurden zunächst zahlreiche In-vitro-Tests durchgeführt, in denen die Materialauswahl, das Design, die Hämokompatibilität und auch die Handhabbarkeit mehrerer, in Zusammenarbeit zwischen dem UKT (Universitätsklinikum Tübingen) und dem ITV (Institut für Textil- und Verfahrenstechnik) in Denkendorf (Projektpartner) entwickelter Varianten eines neuartigen arteriellen Verschlusssystems überprüft wurden. Im Anschluss wurde vom ITV auf der Grundlage der Erkenntnisse der In-vitro-Tests ein Verschlusssystem-Prototyp des Applikators mit Verschlussstopfen (bestehend aus einem hochelastischen und resorbierbaren Spezialpolymer) hergestellt. Dieser Verschlusssystem-Prototyp wurde anschließend erstmalig im Rahmen dieser Pilotstudie in vivo in einem Schafmodell eingesetzt. Dadurch sollten sowohl die Praktikabilität als auch die biokompatiblen Eigenschaften des Devices gezeigt werden und erste Hinweise auf die Sicherheit und die Effektivität des neu entwickelten Devices gewonnen werden. Im Zuge der In-vitro-Tests wurde zunächst das Spann- und Rückstellverhalten von zehn sich in ihrer Materialzusammensetzung unterscheidenden Verschlussstopfen beim Einzug in einen Testapplikator bewertet. Sechs der zehn Materialien wurden anschließend aufgrund ihrer geeigneten Spann- und Rückstellkraft für weitere In-vitro-Tests herangezogen. In einem weiteren In-vitro-Versuch wurden sechs verschiedene Stopfen aus unterschiedlichen Materialien in einem Schweineaorten-Flussmodell implantiert und hinsichtlich ihrer Verankerung in der Gefäßwand bewertet. Dabei zeigte nur der Stopfen mit dem Material MEUV 12 eine unzureichende Verankerung. Aufgrund der Ergebnisse der ersten beiden Tests wurde eine Vorauswahl getroffen und mit je drei Stopfen von sechs unterschiedlichen Materialien (MEUV 7, MEUV 11, MQ 3, MQ 2, MQ 3 violett, MQ 2 violett) eine Hämokompatibilitätsprüfung durchgeführt. Zunächst wurden dazu die Verschlussstopfen 90 Min. bei 37° Celsius in leicht heparinisiertem (1 IU pro ml Blut) humanen Vollblut auf einer Rocking Platform inkubiert. Im Anschluss erfolgte die Bestimmung der Konzentrationen der Hämokompatibilitätsparameter im Probenblut. Dabei diente der Thrombin-anti-Thrombin-Komplex (TAT) als Marker für die Koagulation, der terminale Komplementkomplex (SC5b-9) als Marker für die Aktivierung des Komplementsystems, die PMN-Elastase als Hinweisgeber für eine Aktivierung von Leukozyten und β-Thromboglobulin als Marker für die Aktivierung von Thrombozyten. Darüber hinaus wurden auch die Erythrozyten-, Leukozyten- und Thrombozytenzahlen bestimmt. Dabei konnte bei keinem der Verschlussstopfen nach 90-minütiger Inkubation eine signifikante Differenz zur Kontrollgruppe (Blut ohne Stopfen) festgestellt werden. Die dennoch feststellbaren Differenzen zwischen den Baseline-Werten (Probenblut nicht inkubiert) und den Werten nach den Inkubationen waren auf modellinduzierte Backgroundaktivierungen zurückzuführen. Diese Ergebnisse deckten sich auch mit der nach der Inkubation durchgeführten rasterelektronenmikroskopischen Untersuchung der Verschlussstopfen, an denen meist nur eine lokale Adhäsion von Thrombozyten, Erythrozyten, Fibrinfäden und Leukozyten festgestellt werden konnte. Außerdem wurden in weiteren Versuchen mit Schweineaorten-Modellen sich in der Anzahl ihrer Flügel oder in der Winkelung ihrer Grundköper unterscheidende Verschlussstopfen getestet. Dabei kam es während der Testung bei einem der 6-flügligen Stopfen zum Abbruch eines Flügels. Bei der Testung der Stopfenwinkelung ergaben sich bezüglich der Dichtigkeit nur geringfügige Unterschiede. Mit dem aus den Erkenntnissen der Vorversuche vom ITV hergestellten Verschlussstopfen-Prototyp (Material MQ 2, ein kurz resorbierbares hochelastisches Spezialpolymer, ausgestattet mit fünf Flügeln und einer 85° Winkelung des Grundkörpers) wurde letztlich eine In-vivo-Machbarkeitsstudie an sechs Merinoschafen durchgeführt. Dabei wurden insgesamt 29 Versuche unternommen eine Gefäßzugangsschleuse über Seldingertechnik in eine der beiden Carotiden der Versuchsschafe einzubringen, das Verschlusssystem über die liegende Schleuse vorzuschieben und nach der Entfernung der Zugangsschleuse nur den Verschlussstopfen in der Gefäßwand zurückzulassen. Dabei waren 25 der 29 Stopfenapplikationen technisch erfolgreich. Bei 21 der technisch erfolgreichen Stopfenapplikationen gelangen das Einführen des Verschlusssystems und der anschließende Verschluss der Punktionsstelle mit dem zurückgelassenen Verschlussstopfen in einer Zeit unter 90 s. In nur drei Fällen dauerte der Applikations- und Verschlussvorgang zwischen 90 und 180 s und lediglich in einem Fall über 180 s. Innerhalb des Versuchszeitraums (30 Tage pro Schaf) wurden die Implantationen der Verschlussstopfen bei den einzelnen Schafen in unterschiedlichen Zeitabständen vorgenommen. Ein Schaf verstarb einen Tag nach der dritten Stopfenlegung, die komplikationslos verlaufen war, höchstwahrscheinlich an einer Pansentympanie. Die anderen Schafe waren bis auf die an zwei Versuchstieren festgestellten, kleineren (< 2 cm) Verdickungen im Halsbereich während des Versuchszeitraums klinisch unauffällig. Bei der Explantation der Carotiden konnten 16 (64 %) der 25 technisch erfolgreichen Stopfenapplikationen in der Gefäßwand, fünf (20 %) im umliegenden Gewebe und vier (16 %) gar nicht aufgefunden werden. Durch die Herstellung von Dünnschliff- und Paraffinpräparaten und deren anschließender Färbung (HE- und Masson-Trichrom-Färbung) konnte erstmalig eine kontinuierliche histologische Beurteilung der Verschlussstopfen in der Gefäßwand im Zeitraum zwischen 0-30 Tagen vorgenommen werden. Eine beginnende Neointimabildung konnte das erste Mal an einem neun Tage alten Präparat gesehen werden und ab den 23 Tage alten Präparaten konnte eine Reendothelialisierung der Verschlussstopfen beobachtet werden. Bei den Akut-Präparaten (0-2 Tage) konnten frische punktionsbedingte Blutungen, in den älteren Präparaten in einen granulierend-fibrosierenden Zustand übergegangene Entzündungen festgestellt werden. In einigen Präparaten konnten kleinere intraluminale dem Verschlussstopfen aufsitzende Thromben gefunden werden. Ein Präparat wies eine vermutlich bei der Schleusenlegung verursachte Dissektionsverletzung der Gefäßwand auf. Des Weiteren konnte in wenigen Präparaten eine Dislokation bzw. ein Abbrechen eines Verschlussstopfens beobachtet werden. Überschießende Fremdkörperreaktionen sowie ausgeprägte eitrige Entzündungen konnten in keinem der Präparate festgestellt werden. Fremdkörperriesenzellen konnten lediglich bei einem der im Gewebe zum Liegen gekommenen Präparate und bei einem der Schnitte mit disloziertem Flügelanteil aufgefunden werden. Bis auf die in einigen Fällen schwierige Schleusenlegung und den etwas kleineren Gefäßdurchmesser der A. carotis des Schafes im Vergleich zu der A. femoralis des Menschen erwies sich das Schaf als geeignetes Modell zur Testung eines arteriellen Verschlusssystems. Aufgrund der geringen Stichprobe dieser Machbarkeitsstudie wären jedoch vor dem klinischen Einsatz weitere In-vivo-Testungen mit einem noch ausgereifteren, auf die Gefäßgröße besser angepassten Verschlusssystem wünschenswert.

Da es bisher noch kein Knochenersatzmaterial gibt, das den komplexen Eigenschaften des Knochengewebes entspricht, wird intensiv an der Entwicklung neuer Materialien geforscht. In der vorgestellten Studie wurden ein Calciumphosphat- und ein Magnesiumphosphat-Zement (Bruschit bzw. Struvit) in einem unbelasteten und einem teilbelasteten Knochendefekt kritischer Größe im Schafmodell untersucht. Von jeder Zementformulierung kamen zwei unterschiedliche Pulver-Flüssigkeits-Verhältnisse (2,0 und 3,0), welche zu unterschiedlichen Porositäten der abgebundenen Zemente führten, zum Einsatz. Die Implantationszeiträume betrugen 4, 7 und 10 Monate. Als Kontrolle diente bei der 10-Monats-Gruppe ein CDHA-Zement (Ca9(PO4)5HPO4OH) bzw. ein Leerdefekt. Alle Zementformulierungen erwiesen sich als biokompatibel und osteokonduktiv. Bei den Struvit-Zementen (MgNH4PO4•6H2O) konnte nach 10 Monaten Implantation eine fast komplette Degradation beobachtet werden. Diese fand sowohl passiv durch chemisch-physikalische Lösungsvorgänge als auch aktiv, d.h. zellvermittelt, statt. Gleichzeitig bildete sich neues trabekuläres Knochengewebe, so dass gesagt werden kann, dass die Resorptions-geschwindigkeit der Geschwindigkeit der Knochenformation entsprach. Die mechanische Stabilität nahm zwar gegenüber den in vitro ermittelten Werten nach Implantation stark ab, wurde aber im Zeitverlauf durch das Einwachsen von neuem Knochengewebe wieder auf ein physiologisches Niveau angehoben. Signifikante Unterschiede zwischen den Porositäten gab es nur zum Teil hinsichtlich des verbliebenen Zementvolumens. Aufgrund der besseren Verarbeitbarkeit als injizierbare Paste, wäre ein Pulver-Flüssigkeits-Verhältnis von 2,0 eventuell besser für den klinischen Einsatz geeignet als ein Pulver-Flüssigkeits-Verhältnis von 3,0. In Kontakt mit Weichgewebe lösten sich die Struvit-Zemente schneller auf als neues Knochengewebe einwachsen konnte. Durch weitere Modifikationen bei der Zementzusammensetzung könnte dies verhindert werden. Durch die Kombination mit einem im Verhältnis zu Struvit stabileren Calciumphosphat (z.B. β-Tricalciumphosphat) könnte ein biphasischer Zement entwickelt werden, bei dem sich die einzelnen Komponenten unterschiedlich schnell auflösen. Die Bruschit-Zemente (CaHPO4•2H2O) und der CDHA-Zement zeigten selbst nach zehn Monaten Implantation kaum Degradation. Bei dem CDHA-Zement war dies zu erwarten, bei den Bruschit-Zementen jedoch nicht. Die Ursache hierfür kann bei der höheren Porosität (PLR 2,0) in der Phasenumwandlung von Bruschit zu Octacalciumphosphat bzw. generell in der Zementkomposition gesehen werden. Da die Bruschit-Zemente im teilbelasteten Defekt Risse aufwiesen, war ihre mechanische Stabilität in vivo für lasttragende Bereiche nicht ausreichend. Deshalb wäre es nötig, die Bruschit-Zemente weiter zu modifizieren, bevor sie erneut im Tiermodell untersucht werden können. Um die Stabilität zu verbessern, könnten Keramik- oder Polymerfasern in den Zement eingebracht werden. Für die Verbesserung der Degradation sollte eine andere Flüssigkeitskomponente, z. B. Natriumhyaluronat oder Pyrophosphat, wie sie in anderen Studien verwendet wurden, in Betracht gezogen werden. Zusätzlich zu den orthotopen Implantaten wurden jeweils auch subkutan Formkörper eingebracht. Diese zeigten, dass die untersuchten Zemente auch eine gewisse Osseoinduktivität besaßen. Im Fall der Bruschit-Zemente verhielten sich die subkutanen Implantate allerdings anders als die im Knochen implantierten Zemente. Im Gegensatz zu den orthotopen Implantaten zeigten die Formkörper im subkutanen Gewebe eingesetzt eine deutliche Größenreduktion. Die Ursache dafür kann im unterschiedlichen Gewebemilieu oder in der unterschiedlichen Implantatform (orthotop: Paste / heterotop: Block) gesehen werden. Um eine möglichst genaue Aussage über das biologische Verhalten eines Materials treffen zu können, ist es daher notwendig, die Materialien immer in der Form und im entsprechenden Zielgewebe zu untersuchen, wie sie später verwendet werden sollen, d.h. ein Zement als resorbierbares Knochenersatzmaterial sollte immer als Paste im Knochenlager untersucht werden. Auch eine Untersuchung in einem belasteten Implantationsmodell ist sinnvoll, da eine mechanische Belastung einen Einfluss auf das Verhalten der Zemente und das Knochenremodelling hat.

Da man sich den negativen Auswirkungen der totalen sowie partiellen Meniskektomie bewusst ist, wird seit mehreren Jahren nach einem geeigneten Ersatzmaterial für geschädigtes Meniskusgewebe gesucht. Bisher konnte allerdings keines der getesteten Materialien das Meniskusgewebe zufriedenstellend ersetzen. Daher war es Ziel der vorliegenden Studie, ein neuartiges Scaffold auf seine Fähigkeit geschädigtes Meniskusgewebe zu ersetzen zu untersuchen. Das getestete Scaffold wurde aus Seidenfibroin, einem Hauptbestandteil der Seide der Seidenspinnerraupe Bombyx mori, hergestellt. Viele Materialien aus Seide konnten bereits in anderen Einsatzgebieten durch ihre gute Biokompatibilität sowie durch hervorragende mechanische Eigenschaften überzeugen. Voruntersuchungen der neuartigen Seidenfibroin-Scaffolds zeigten eine durchschnittliche Porengröße von > 100 μm. Zusätzlich konnten in vitro geeignete mechanische Eigenschaften für den Meniskusersatz sowie eine gute Biokompatibilität der Scaffolds nachgewiesen werden. Daher sollte in der vorliegenden Studie in vivo am Schafmodell getestet werden, ob die Seidenfibroin-Scaffolds auch im Kniegelenk biokompatibel sind, ob sie eine ausreichende mechanische Stabilität aufweisen und ob sie die Entstehung degenerativer Knorpelveränderungen verzögern können. Am medialen Meniskus wurde eine partielle Meniskektomie durchgeführt und die Seidenfibroin-Scaffolds in den Meniskusdefekt implantiert. Es gab zwei Scaffold-Gruppen mit unterschiedlichen Untersuchungszeiträumen. In einer Gruppe betrug die Implantationszeit drei Monate. Das Hauptaugenmerk lag in dieser Gruppe auf möglichen Immunreaktionen gegen das Scaffold. In der anderen Scaffold-Gruppe betrug die Implantationszeit sechs Monate. Als orientierende Vergleichsgruppen wurde eine Tiergruppe shamoperiert, bei einer anderen wurde eine Teilresektion durchgeführt. Der Untersuchungszeitraum dieser beiden Gruppen betrug ebenfalls sechs Monate. Im Vergleich der drei Sechsmonatsgruppen war es möglich die Auswirkungen der Scaffoldimplantation auf die Gelenkgesundheit zu beurteilen. Je Versuchsgruppe wurden 9-10 Tiere operiert. Durch makroskopische, histologische und immunchemische Untersuchungen von Gelenkkapsel, Meniskus und Scaffold sowie Gelenkflüssigkeit wurde die Biokompatibilität der Scaffolds im Kniegelenk überprüft. Die histologischen Untersuchungen der Scaffolds ließen Aussagen über die Bioaktivität und das Einwachsverhalten der Scaffolds zu. Mit makroskopischen, biomechanischen und histologischen Untersuchungsmethoden wurde der Degenerationsgrad des artikulären Knorpels bestimmt, um mögliche chondroprotektive Eigenschaften der Scaffolds zu ermitteln. Zusätzlich wurden Scaffold- und Meniskusproben biomechanisch untersucht. So konnte überprüft werden, ob die Scaffolds vor sowie nach Implantation aus mechanischer Sicht geeignet sind, verletztes Meniskusgewebe adäquat zu ersetzen. Die Ergebnisse dieser Studie zeigen, dass die Seidenfibroin-Scaffolds durchaus Potential für die Anwendung als Meniskusteilersatz haben. Die Biokompatibilität der Scaffolds konnte bestätigt und eine Schädigung des Gelenkknorpels durch die Scaffoldimplantation ausgeschlossen werden. Außerdem scheinen die Scaffolds das Auftreten degenerativer Knorpelveränderungen, wie sie nach partieller Meniskektomie zu beobachten sind, verzögern zu können. Vor Implantation wiesen die Scaffolds eine geringere Steifigkeit auf als das native Meniskusgewebe. Im Laufe der Implantation nahm die Steifigkeit der Scaffolds allerdings zu und unterschied sich nach sechs Monaten nicht mehr signifikant von der Steifigkeit des Meniskus. Auf lange Sicht scheinen die Scaffolds demnach das Meniskusgewebe mechanisch ersetzen zu können. Dies ist besonders wichtig, da die Seidenfibroin-Scaffolds einen dauerhaften Meniskusersatz darstellen und nicht wie andere Materialien einer raschen Resorption und Substitution durch Regenerationsgewebe unterliegen. Allerdings zeigte sich in dieser Studie auch, dass die Fixation der Scaffolds nicht in allen Fällen erfolgreich war. Zudem fand während der Implantationszeit keine Integration der Scaffolds in das Meniskusgewebe statt. Meniskusnah waren zwar einige Scaffoldporen mit Zellen und Bindegewebe gefüllt, eine bindegewebige Verwachsung zwischen Scaffold und Meniskus war hingegen weder nach drei- noch nach sechsmonatiger Implantation zu sehen. Veränderungen der Poreninterkonnektivität, der Porengröße sowie der Fixierbarkeit sind daher vor einem weiteren Einsatz der Scaffolds notwendig. Zudem sollten in einer weiteren in vivo Studie die chondroprotektiven Eigenschaften der Seidenfibroin- Scaffolds über einen längeren Zeitraum untersucht werden.