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URN: urn:nbn:de:hebis:26-opus-71282
URL: http://geb.uni-giessen.de/geb/volltexte/2009/7128/


In vivo-Untersuchung zum Einwachsverhalten eines neuen Polymers im Mausmodell unter dem Aspekt der T-Zell Defizienz

Engelhardt, Eva


Originalveröffentlichung: (2009) Giessen : VVB Laufersweiler 2009
pdf-Format: Dokument 1.pdf (2.529 KB)

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Universität Justus-Liebig-Universität Gießen
Institut: Institut für Veterinär-Pathologie; Universität Ulm, Zentralinstitut für Biomedizinische Technik, Arbeitsbereich Biokompatible Materialien
Fachgebiet: Veterinärmedizin
DDC-Sachgruppe: Landwirtschaft
Dokumentart: Dissertation
ISBN / ISSN: 978-3-8359-5469-4
Sprache: Deutsch
Tag der mündlichen Prüfung: 29.06.2009
Erstellungsjahr: 2009
Publikationsdatum: 10.08.2009
Kurzfassung auf Deutsch: Polymere Biomaterialien finden in der Human- und Tiermedizin eine breite Anwendung beispielsweise in Form von Nahtmaterialien, als Bestandteile künstlicher Gelenke, im Rahmen des Tissue Engineering und in der Pharmakotherapie (Controlled Drug Delivery).
Ein Biomaterial, das als Implantat in den Organismus eingesetzt werden soll, muß biokompatibel sein. Biokompatibilität berücksichtigt chemische und physikalische Wechselwirkungen des Biomaterials mit dem umgebenden Gewebe sowie die biologischen Reaktionen auf das Implantat. Sie charakterisiert ein Biomaterial bezüglich der Gewebereaktionen nach einer Implantation z.B. als nicht pyrogen, zytotoxisch, antigen, mutagen, karzinogen oder teratogen.
Die Wechselwirkungen eines Biomaterials mit dem Gewebe sind abhängig von der Mikroarchitektur, den physiko-chemischen Eigenschaften und der lokalen Umgebung des Polymers. Die Reaktion des Organismus auf ein Biomaterial hängt auf der einen Seite vom Biomaterial und auf der anderen Seite vom Wirt ab. Dabei spielen T-Lymphozyten als Teil der spezifischen Immunantwort eine wichtige Rolle. T-Lymphozyten sind an Prozessen wie Wundheilung, Autoimmunerkrankungen, Bone remodelling, Transplantatabstoßung und Allergie beteiligt. Beim Einsatz von Biomaterialien sind sie wahrscheinlich an der allergischen Unverträglichkeitsreaktion auf Implantatmaterialien und an der periimplantären Osteolyse um und der aseptischen Lockerung von Knochenimplantaten beteiligt.
Ziel dieser Arbeit war die Untersuchung der Biokompatibilität und Gewebeintegration eines neuen elastischen, glatten und langzeitstabilen Polymers im Tiermodell unter dem Aspekt der T-Lymphozyten-Defizienz. Bei dem Biomaterial handelt es sich um ein Polymernetzwerk aus Butylacrylat und Poly-epsilon-caprolacton, dessen Eigenschaften bezüglich Degradationskinetik und mechanischer Festigkeit während der Synthese beeinflußbar sind.
Runde Polymerscheiben wurden subkutan in die congenital athymische NMRI nu/nu Maus und den entsprechenden Auszuchtstamm für Implantationszeiträume von bis zu 9 Wochen eingesetzt. Danach wurden die Polymerproben und das periimplantäre Gewebe explantiert und histologisch aufgearbeitet. Es wurden Unterschiede bezüglich des Integrations- und Abbauverhaltens und der zellulären Reaktionen auf das Polymer zwischen der immunkompetenten NMRI Maus und der T-Lymphozyten-defizienten NMRI nu/nu Maus festgestellt. Die Integration des Polymers war angesichts der glatten Oberflächen überraschend gut, erfolgte in der NMRI nu/nu Maus im Vergleich zur immunkompetenten Maus aber zeitlich verzögert.
Bei beiden Mauspopulationen wurden eine milde Fremdkörperreaktion und das Auftreten von isolierten Polymerpartikeln im umgebenden Gewebe beobachtet. Der degradative Prozess war bei der NMRI nu/nu Maus jedoch deutlich stärker. Ebenso deutlich war das Auftreten von MHC II-positiven Zellen, die meist um isolierte Polymerpartikel zu finden waren. Subtile Unterschiede wurden zwischen beiden Mauspopulationen bezüglich des Heranwachsens von Gewebe und der ermittelten pH-Werte im periimplantären Gewebe festgestellt.
Die verzögerte Integration, das verstärkte Auftreten der MHC II-positiven Zellen und die höhere Degradationsrate des Polymers im T-Lymphozyten-defizienten Mausmodell könnte T-Lymphozyten abhängig sein. Dies müsste aber noch genauer untersucht werden.
Unsere Untersuchungen weisen darauf hin, dass das Polymer biokompatibel und auf Grund seiner Eigenschaften für den Einsatz in der Medizin geeignet ist.
Kurzfassung auf Englisch: Polymer biomaterials are of increasing importance in human and veterinary medicine. They are used as sutures, part of joint prostheses, tissue engineering and as materials for controlled drug delivery.
The primary requirement of implantable materials in medicine is to be biocompatible with the bodily system. Biocompatibility includes the chemical and physical interaction between biomaterial and periimplant tissue as well as the biological reaction to the biomaterial. Biocompatibility characterizes a biomaterial relating to tissue reaction after an implantation as e.g. not having pyrogenic, cytotoxic, mutagenic, oncogenic or teratogenic characteristics. Factors that influence the extent of the host reaction are the microarchitecture, the physico-chemical properties and the local environment of the biomaterial. The host reaction to an implantable biomaterial is determined by the material itself and the host. In this interaction T-lymphocytes play an important role in the specific immune system. They are involved in wound healing, autoimmune diseases, bone remodelling, transplant rejection and hypersensibility reactions. Concerning the use of biomaterials as medical devices, T-lymphocytes probably participate in allergic reactions to the biomaterial substance and aseptic prosthetic loosening, accompanied by bone destruction adjectent to the prosthesis-bone interface.
The aim of this study was the investigation of the biocompatibility and the integration in the periimplant tissue of a new, elastic, non-porous polymer in an athymic mouse model with T-lymphocyte deficency. The biomaterial is a polymer network composed of butylacrylat and poly-epsilon-caprolacton.The degradation kinetics and the mechanical stability of this new material during synthesis are susceptible.
Round polymer samples were implanted subcutaneously in congenitally athymic NMRI nu/nu mice and the immunocompetent NMRI mice for up to nine weeks. After implantation time, polymer samples and the periimplant tissue were explanted and examined histologically. There were differences between the two mouse populations concerning integration and degradation of the polymer and the cellular reaction to the polymer. The integration of the polymer into the periimplantational tissue was surprisingly very strong, but was delayed in the NMRI nu/nu mice. In both mouse populations a mild foreign body reaction and the appearance of isolated polymer particles in the surrounding tissue could be observed. In the NMRI nu/nu mice, the process of degradation of the polymer was stronger and the number of MHC II-positive cells was significantly higher. These cells were observed near isolated polymer particles. There were only subtile differences between the two mouse populations concerning the tissue ingrowth into the polymer samples and the pH in the periimplantational tissue.
The delayed integration, the increased appearance of MHC II-positive cells and the higher rate of degradation of the polymer in the T-lymphocyte deficient mouse model could be T-lymphocyte dependend. This needs further investigation.
Our studies demonstrate out the biocompatibility of the polymer and the applicability for medical use.