Zusammenfassung
Hintergrund: Weltweit leiden circa 10 Millionen Menschen unter einem Sehverlust aufgrund eines
Hornhautschadens. Im schlimmsten Fall besteht die einzige Therapieoption in einer
Transplantation von kornealem Spendergewebe. In vielen Ländern existiert jedoch ein
bedeutender Mangel an qualitativ geeignetem Spendergewebe, der zu verschiedenen Versuchen
geführt hat, einen künstlichen Gewebeersatz zu entwickeln. In der vorliegenden Studie
beschreiben wir die Entwicklung einer bioabbaubaren Nanofaser-Matrix aus Poly(glycerolsebazinsäure)(PGS)/Poly(ε-Caprolakton)(PCL)-Gemisch
zum kornealen Gewebeersatz. Material und Methoden: Die Nanofaser-Matrizen wurden mittels eines modifizierten Elektrospinnverfahrens
hergestellt. Die Biokompatibilität des Materials wurde in vitro durch einen kolorimetrischen
MTT-Test zum Nachweis der vitalen kornealen Endothelzellen (HCECs) überprüft. Um eine
potentielle immunologische Reaktion gegen die Matrizen zu untersuchen, wurden Matrixproben
mononukleären Zellen aus peripherem Blut (PBMCs) ausgesetzt. Nach einer Inkubationszeit
von 3 Tagen wurden die Zellen mittels Annexin-V-FITC/Propidiumjodid durch FACS-Analyse
auf Apoptose und immunologische Reaktionen untersucht. Ergebnisse: Wir konnten erfolgreich zeigen, dass die Kultivierung von HCECs auf PGS/PCL-Matrizen
möglich war. Nach 7 Tagen Kultivierung konnte mittels Mikroplattenabsorption eine
signifikant höhere Zelldichte gemessen werden als an Tag 3 (p < 0,0001). Gemäß den
MTT-Daten war keine Toxizität der Proben nachweisbar. Mit Hinblick auf PBMCs zeigten
unsere FACS-Analysen keine Aktivierung oder Inhibierung von Apoptose und Immunreaktionen.
Alle Matrix-Zusammensetzungen waren inert gegenüber naiven und aktivierten T-/B-/NK-Zellen
und Monozyten. Folglich wurden Leukozytenüberleben und -aktivität durch die Matrizen
nicht beeinflusst. Schlussfolgerungen: Es ist uns gelungen, ein gewebeähnliches Konstrukt zu entwickeln, das dem (menschlichen)
Hornhautstroma ähnelt. Die Ergebnisse zeigen, dass PGS/PCL-Matrizen eine ideale Alternative
für den kornealen Gewebeersatz darstellen, da sie eine hohe Biokompatibilität mit
Endothel- und Blutzellen aufweisen.
Abstract
Background: An estimated 10 million people suffer worldwide from vision loss caused by corneal
damage. For the worst cases, the only available treatment is transplantation with
human donor corneal tissue. However, in numerous countries there is a considerable
shortage of corneal tissue of good quality, leading to various efforts to develop
tissue substitutes. The present study aims to introduce a nanofibrous scaffold of
poly(glycerol sebacate) PGS as a biodegradable implant, for the corneal tissue engineering.
Materials and Methods: Nanofibrous scaffolds were produced from PGS and poly(ε-caprolactone) (PCL) by a
modified electro-spinning process. The biocompatibility of the material was tested
in vitro by colorimetric MTT assay on days 3, 5, and 7 to test the cell viability
of human corneal endothelium cells (HCEC). To examine a potential immunological reaction
of the scaffolds, samples were exposed to mononuclear cells derived from peripheral
blood (PBMCs). After an incubation period of 3 days, supernatants were assayed for
apoptotic assessment and immunogenic potentials by annexin V FITC//propidium iodide
and flow-cytometric analysis. Results: We could successfully demonstrate that cultivation of HCECs on PGS/PCL scaffolds
was possible. Compared to day 3, cell density determined by microplate absorbance
was significantly higher after 7 days of cultivation (p < 0.0001). According to the
MTT data, none of the samples showed toxicity. Apoptotic assessments by FACS analysis
showed that no composition stimulated apoptosis or activated PBMCs occurred. All the
compositions were inert for native as well as activated T/B/NK cells and monocytes.
It can be concluded that leukocytes and their activity was not affected by the scaffolds.
Conclusion: A tissue-like scaffold mimicking the human stroma could be developed. The results
indicate that PGS/PCL scaffolds could be considered as ideal candidates for corneal
tissue engineering as they are biocompatible in contact to corneal endothelial cells
and blood cells.
Schlüsselwörter
Kornea - Gewebeersatz - Nanofasern
Key words
cornea - tissue engineering - nanofibres