Ex vivo and in vivo analysis of the tissue reaction towards collagen membrane (Symbios)

Die vorliegende Studie hatte das Ziel, die Gewebereaktion von Symbios® resorbierbarer Kollagenmembran SR, welches von der Achillessehne aus Rindern stammt, mit der physiologischen Wundheilung als Kontrollstudie zu vergle
Die vorliegende Studie hatte das Ziel, die Gewebereaktion von Symbios® resorbierbarer Kollagenmembran SR, welches von der Achillessehne aus Rindern stammt, mit der physiologischen Wundheilung als Kontrollstudie zu vergleichen.
Anhand einer Ex-vivo-Analyse wurde unter Verwendung von injizierbaren Plättchen-reichem Fibrin versucht, die Membranpermeabilität und die Wechselwirklungen mit menschlichen Zellen und Plasmaproteinen zu untersuchen. Das injizierbare Plättchem-reiche Fibrin ist dabei ein Blutkonzentrat, das von zentrifugiertem menschlichem peripherem Blut stammt und zusätzlich Fibrin, Leukozyten und Blutplättchen enthält. In einer In-vivo-Tierstudie bei Wistar-Ratten erfolgte die subkutane Implantation von Symbios, um die zelluläre Reaktion bis zu 30 Tage nach erfolgter Membranimplantation zu bewerten. Dabei wurden auf histochemischer, immunhistochemischer und histomorphometrischer Ebene Analysen durchgeführt, um die zelluläre Entzündungsreaktion, das Vaskularisierungsmuster und die jeweilige Zellinfiltratonsfähigkeit zu bestimmen.
Im Ex-vivo-Teil der Studie konnte die Kollegenmembran nach 15 Minuten von Leukozyten, Plättchen und Fibrin aus dem i-PRF penetriert werden. Innerhalb der ersten drei Tage der Beobachtungszeit konnten nur mononukleäre Zellen beobachtet werden. 10 Tage später konnten multinukleäre Riesenzellen (MNGCs) in der Kollagenmembran induziert werden. Eine hohe Anzahl von CD-68-positiven Zellen (Makrophagen) konnte ab dem 3. Tag nachgewiesen werden, welche bis zum 30. Tag jedoch wieder abnahm. Zusammen mit der Reduktion der CD-68-positiven Zellen nahm die Anzahl der MNGCs signifikant zu. Die Anwesenheit von MNGCs zeigte auch eine signifikant erhöhte Vaskularisierungsdichte. Innerhalb der zentralen Region der Membran dagegen, wurden nur mononukleäre Zellen (MNCs) ohne jegliche Vaskularisierungen beobachtet. Die Kontrollgruppe spiegelte den physiologischen Prozess der Wundheilung wider, da keine Bildung von MNGCs über 30 Tage beobachtet wurde, zusammen mit einer signifikant niedrigeren Vaskularisierung, verglichen mit der Testgruppe.
Die Ergebnisse spiegelten dabei die dynamischen Veränderungen der zellulären Reaktion, welche die Beziehung zwischen der Makrophagenfusion und der MNGCs-Bildung, sowie die Vaskularisierung im Bereich der Kollagenmembran auf eine Fremdkörperreaktion zeigten. Die Kollagenmembran konnte ihre Struktur und Integrität über die Zeit beibehalten, indem sie aufgrund ihrer spezifischen Porositätsmembranstruktur keine Anzeichen eines vorzeitigen Zusammenbruchs und Zerfalls zeigte.
In diesem Sinne muss hinterfragt werden, ob die Biomaterial-induzierten MNGCs als eine Biomaterial-induzierte zelluläre Reaktion akzeptiert werden kann, welche in der Lage ist, eine Vaskularisation zu induzieren oder eher als Nebenwirkung zu betrachten. Daher sind umfangreiche präklinische und klinische Studien notwendig, um die Art von MNGCs zu untersuchen, die durch dieses spezifische Membranmaterial hervorgerufen werden.
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The present study aimed to assess the tissue response to the SYMBIOS® resorbable collagen membrane SR, which is derived from bovine Achilles tendon, and compare it to the physiological wound healing of a sham operation a
The present study aimed to assess the tissue response to the SYMBIOS® resorbable collagen membrane SR, which is derived from bovine Achilles tendon, and compare it to the physiological wound healing of a sham operation as a control.
An ex vivo analysis was performed using injectable platelet-rich fibrin (i-PRF), that is gained by the centrifugation of human venous blood and contains fibrin, leukocytes and platelets, to elucidate the membrane permeability and interactions with human cells and plasma proteins. In the in vivo study, a subcutaneous implantation model was established in Wistar rats to evaluate the cellular reactions for up to 30 days after membrane implantation. Histochemical, immunohistochemical and histomorphometric analyses were performed to assess the cellular inflammatory response, vascularization pattern and cell infiltration capacity.
In the ex vivo study, i-PRF components including fibrin, leukocytes and platelets penetrated the membrane after just 15 minutes. Within the observation period, the cellular reaction in the early phase, which included the first 3 days, produced only mononuclear cells. From 10 to 30 days , the formation of multinucleated giant cells (MNGCs) was induced by the collagen membrane. CD-68 positive cells (macrophages) occurred in a high number on day 3, and the number decreased over time up to day 30. Along with the reduction in the number of CD-68 positive cells, the number of MNGCs increased significantly. The presence of MNGCs was accompanied by significantly increased vascularization within the central region of the membrane, and only mononuclear cells (MNCs) did not produce vascularization. In contrast, the accumulated MNGCs were located on the membrane surface. The control group reflected the physiological process of wound healing, as MNGCs did not form over the 30 day period, and a significantly lower level of vascularization was observed compared with the test group. 
This finding showed dynamic changes in the cellular reaction, which indicated a relationship between macrophage fusion and MNGC formation, and vascularization of the collagen membrane is circumstantial evidence of a reaction to a foreign body. However, the collagen membrane was able to maintain its structure and integrity over time, showing no signs of premature breakdown and disintegration due to the specific porosity of its membrane structure.
Therefore, we questioned whether the biomaterial-induced formation of MNGCs should be accepted as a biomaterial-induced cellular reaction that is able to restore vascularization or as an adverse reaction. Therefore, extensive preclinical and clinical studies are needed to investigate the type of MNGCs that form in response to the membrane material studied here.
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Metadaten
Author:Chakorn Vorakulpipat
URN:urn:nbn:de:hebis:30:3-517755
Place of publication:Frankfurt am Main
Referee:Shahram Ghanaati, Johannes Frank
Document Type:Doctoral Thesis
Language:English
Date of Publication (online):2019/11/21
Year of first Publication:2018
Publishing Institution:Universitätsbibliothek Johann Christian Senckenberg
Granting Institution:Johann Wolfgang Goethe-Universität
Date of final exam:2019/11/20
Release Date:2019/11/29
Pagenumber:88
HeBIS PPN:456249923
Institutes:Medizin
Dewey Decimal Classification:610 Medizin und Gesundheit
Sammlungen:Universitätspublikationen
Licence (German):License Logo Veröffentlichungsvertrag für Publikationen

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