Bearbeiter: Priv.-Doz. Dr.-Ing. Marcus Stoffel, Dipl.-Ing. Jeong Hun Yi

Einleitung


In zellulärem Weichteilmaterial kann ein Veränderung der Materialeigenschaften in Abhängigkeit zur mechanischen Belastung auftreten (Remodeling). Dieser Effekt kann experimentell in einem Bioreaktor, wie in Abb. 1 dargestellt, untersucht werden. Eine zelluläre Probe wird unter zyklischer mechanischer Belastung stimuliert, während sowohl die Anzahl der Zyklen, als auch die auf die Probe wirkende Kraft gemessen werden.


Abbildung 1: Bioreaktor mit Messtechnik

Ergebnisse


In Abb. 2 ist die Präparierung dargestellt, die im biologischen Labor der Aachener Uni-Klinik vorgenommen wird. Die Probe wird während des Versuchs von einem Nährmedium umgeben. Der gesamte mit Gasaustausch versehene Bioreaktor wird bei 37°C in einem Brutschrank gelagert


Abbildung 2: Präparierung des zellulären Materials unter sterilen Bedingungen


Die biologische Auswertung des Probenmaterials erfolgt mittels histologischer Schnitte, wie in Abb. 3, in denen man im Vergleich zur unstimulierten Kontrollprobe eine verstärkte Aktivität der Knorpelzellen durch Proteinausstoß beobachten kann. Diese vermehrte Proteinbildung kann bei längerer Kultivierung, wie z.B. in einem Tierversuch noch ausgeprägter sein.

Abbildung 3: Histologische Schnitte

Ausblick


Das in Experimenten beobachtete Remodeling soll in weiteren Arbeiten theoretisch und numerisch modelliert werden. Zur Validerung des Modells, das mit dem viskoelastischen Diffusionsmodell kombiniert wird, werden weitere Bioreaktorexperimente durchgeführt. Hierzu wurde bereits ein erster Ansatz mit Hilfe eines Remodelinggesetzes [1] gewählt, das ursprünglich für Knochen entwickelt wurde [2].

Literatur


[1] Weinans, H., Huiskes, R., Grootenboer, H.J.: The bahvior of adaptive bone-remodeling simulation models. J. Biomechanics 25 (12), 1425-1441, 1992.

[2] Stoffel, M., Yi, J.H., Weichert, D., Gavénis, K., Müller-Rath, R.: A biomechanical model for cartilage replacement material, BIOmaterialien, in press.