Medizinische Universität Graz

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Bibliografische Informationen

Titel

Eine ex-vivo- organotypischen Kultur des Ratten Femur - ein neues Instrument zur Untersuchung der Knochenregeneration und der postnatalen endochondralen Entwicklung

Kurzfassung

Das postnatale longitudinale Knochenwachstum erfolgt in erster Linie innerhalb der Wachstumsfuge durch die Proliferation und osteogene Differenzierung von Chondrozyten über die endochondrale Ossifikation. Kommt es in Folge von Verletzungen, Krankheiten oder durch Therapiestrategien zu Veränderungen in der Wachstumsfugenorganisation, kann dies zu erheblichen Komplikationen in der Skelettentwicklung führen. Regenerationsprozesse, die von der Wiederherstellung des ursprünglichen Wachstumsfugenzustandes abweichen, können zu erheblichen negativen Komplikationen führen, wie z. B. einem vorzeitigen Verschluss der Wachstumsfuge oder einem Wachstumsstillstand, der zu einer Verkürzung der Gliedmaßen und/oder einer Winkeldeformität führt. Derzeit gibt es keine präventive biologische Behandlung für die Behandlung von pathologischen Prozessen der Wachstumsfuge. Ein Grund dafür ist der noch immer nicht vollständig verstandene pathologische Regenerationsmechanismus, der zu den wachstumsbedingten Problemen führt. Es fehlt unter anderem an neuen, einfach zu handhabenden Forschungsmodellen, die eine Echtzeituntersuchung des pathologischen Regenerationsprozesses ermöglichen.

In dieser Dissertation habe ich ein organotypisches Ex-vivo-Femurmodell (OTC) weiterentwickelt, um pathologische Regenerationsprozesse nach 1) Wachstumsfugenverletzung ähnlich Salter Harris III und IV und 2) Partikelbestrahlung (PT) mit Protonen oder Kohlenstoffionen (C-Ionen) in den MedAustron-Anlagen zu untersuchen. Ich verwendete ein 300 µm dickes OTC und setzte die Kultur jeweils den beiden Versuchsbedingungen aus, mit anschließender in-vitro-Kultivierung für bis zu 15 Tage. Ich führte Elektronenmikroskopie, Genexpressionsanalyse, Lebend-/Totfärbung, histologische Untersuchungen und Immunhistochemie durch und legte Augenmerk auf die postnatalen endochondralen Ossifikationsprozesse.

Bei der Untersuchung der Wachstumsfugenverletzung beobachteten wir Regenerationsprozesse, die mit einer traumabedingten Veränderung der strukturellen Architektur und Organisation einhergingen, sowie eine ausgeprägte Beeinträchtigung der Chondrozytenreifung mit Bevorzugung der Chondrogenese gegenüber der Osteogenese im OTC Modell. Darüber hinaus wurden nach der PT pathologische Regenerationsprozesse beobachtet, die sich durch einen anfänglichen Verlust proliferierender Chondrozyten mit der Bildung von Chondrozytenklustern, eine verringerte Osteogenese und Chondrogenese in Verbindung mit einer Störung der Reifung/Zusammensetzung der extrazellulären Matrix (ECM) auszeichnen.

In beiden Studien sind die mit dem OTC Modell erzielten Ergebnisse mit der In-vivo-Situation vergleichbar, was dieses neue Knochenentwicklungs- und -regenerationsmodell zu einem leistungsfähigen Werkzeug macht, um die wissenschaftlichen Erkenntnisse weiter voranzutreiben.

Schlagwörter

ex vivo Knochenkultur, Wachstumsfugenverletzungen, endochondrale Ossifikation

Anzahl Seiten

Publikationsjahr

2024

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