Cartilage regeneration using peroral supplementation and artificial scaffolds

Abstract

Chrupavka je schopná regenerovat jen v omezeném rozsahu. Cílem této práce bylo zlepšit regeneraci hyalinní chrupavky pomocí perorální suplementace glykosaminoglykanů (GAG) a antioxidantů nebo pomocí umělých matric osázených autologními buňkami. Matrice osázené chondrocyty nebo mesenchymálními kmenovými buňkami (MSC) jsou schopné reparovat defekty chrupavky. Aby bylo možné komplexně charakterizovat biomechanické vlastnosti matric, vyvinuli jsme novou dynamickou metodu nárazem. Následně byla vyvinutá složená matrice z hyaluronanu, kolagenu typu I a fibrinu, u které byly viskoelastické vlastnosti a zátěžový diagram podobné nativní chrupavce. Tato kompozitní matrice byla následně použit na regeneraci osteochondrálního defektu a poškozené růstové ploténky. Účinek perorální suplementace GAG a antioxidantů (vitamin E/selen) na regeneraci osteochondrálních defektů byl zkoumán u králíků. Po vytvoření definovaných osteochondrálních defektů v kolenním kloubu, dostávaly skupiny deseti zvířat směs GAG/vitamin E/selen (GAG skupina) nebo placebo (laktózu) po dobu 6 týdnů. Množství sulfatovaných GAG v reparovaném osteochondrálním defektu bylo signifikantně vyšší v GAG skupině. U obou skupin bylo zjištěno signifikantně vyšší množství GAG v chrupavce operovaného kolene než v neoperovaném koleně. V GAG skupině byla navíc...

Cartilage can regenerate only in a limited extend. The aim of the study was to enhance hyaline cartilage regeneration using peroral supplementation of glycosaminoglycans (GAGs) and antioxidants, or using artificial scaffolds seeded with autologous cells. Scaffolds seeded with chondrocytes or mesenchymal stem cells (MSCs) have a potential for treatment of cartilage defects. For the complex characterization of biomechanical properties of scaffold, we developed the novel shock dynamic method. Subsequently, the composite hyaluronate-type I collagen-fibrin scaffold with the viscoelastic properties and dynamic loading response similar to the native cartilage was developed. The composite scaffold was then used for osteochondral regeneration and physeal cartilage regeneration. The effect of peroral supplementation of GAGs and antioxidants (vitamin E/selenium) on the regeneration of osteochondral defects was investigated in rabbits. After introduction of defined osteochondral defects in the knee joint, groups of ten animals were given a GAG/vitamin E/selenium mixture or a placebo (milk sugar) for 6 weeks. The amount of sulfated GAGs in the osteochondral regenerates was significantly higher in the GAG group. In both groups, the GAG amount in the cartilage of the operated knee was significantly higher than in the...