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Der Einfluss von Trauma-aktiviertem platelet-rich fibrin auf mesenchymale Stammzellen in vitro
(2023)
Ziel dieser Arbeit war es, die Wechselwirkung zwischen MSC und PRF von Traumapatienten herauszuarbeiten und zu überprüfen, ob ein therapeutischer Einsatz der Kombination von MSC und Trauma-aktiviertem PRF in Frakturen sinnvoll erscheint.
Hierfür wurden MSC mit PRF über einen Zeitraum von 24 oder 120 Stunden co-inkubiert und die metabolische Aktivität, definierte Faktoren im Überstand (IL-6, CXCL10, VEGF und IDO-2) und die Genexpression ausgewählter Faktoren (MAPK8, MAPK14, IL-6, CXCL10,IDO-1, TNFAIP6, VEGFA, RUNX2 und COL1A) in bis zu drei Messzeitpunkten überprüft. Die Versuche erfolgten vergleichend mit Traumapatienten und gesunden Probanden.
Es konnte gezeigt werden, dass Trauma-aktiviertes PRF verglichen mit PRF von gesunden Probanden die metabolische Aktivität von MSC nach 120 Stunden erhöhen kann. Zudem stellten sich erhöhte Werte des inflammatorischen Faktors IL-6 im Überstand bei Traumapatienten nach 24 und 72 Stunden dar, welche bis zum dritten Messzeitpunkt nach 120 Stunden wieder abfielen. Ein ähnlicher Verlauf zeigte sich bei den Messwerten von VEGFA, einem Faktor, welcher eine große Rolle bei der Angiogenese spielt.
Über alle Messzeitpunkte hinweg konnten niedrigere Werte in der Genexpression von COL1A und RUNX2 im Vergleich zu den Kontrollmessungen erfasst werden.
Die Ergebnisse zeigen, dass im Vergleich zu PRF gesunder Probanden Trauma-aktiviertes PRF die Möglichkeit besitzt, die Proliferation von MSC zu stimulieren. Außerdem wurde beobachtet, dass Trauma-aktiviertes PRF ein inflammatorisches und angiogenetisches Potenzial nach 72 Stunden besitzt, welches nach 120 Stunden allerdings wieder abfällt. Möglicherweise kann durch den Einfluss von MSC der Inflammation entgegengewirkt werden. Ein signifikantes osteogenes Potenzial des Trauma-aktivierten PRFs konnte zu keinem Messzeitpunkt nachgewiesen werden.
Inwiefern der Einsatz von MSC in Kombination mit Trauma-aktiviertem PRF die Frakturheilung verbessern kann, konnte in der vorliegenden Studie nicht eindeutig geklärt werden. Es kann allerdings davon ausgegangen werden, dass die Implantation von Trauma-aktiviertem PRF und MSC in den Defekt erst nach Verstreichen einer bestimmten Zeitperiode nach dem Trauma durchgeführt werden sollte. Die Gründe für diese Annahme sind das erhöhte proliferative und verringerte inflammatorische Potenzial im Verlauf. Eine Ursache für das Fehlen der osteogenen Differenzierung der MSC kann der kurze Messzeitraum sein.
Weitere Studien sollten folgen, um das Potenzial der Kombination von MSC und Trauma-aktiviertem PRF als therapeutisches Verfahren zu überprüfen.
Various strategies have been employed to speed tissue regeneration using bioactive molecules. Interestingly, platelet concentrates derived from a patient’s own blood have been utilized as a regenerative strategy in recent years. In the present study, a novel liquid platelet formulation prepared without the use of anti-coagulants (injectable-platelet-rich fibrin, i-PRF) was compared to standard platelet-rich plasma (PRP) with gingival fibroblasts cultured on smooth and roughened titanium implant surfaces. Standard PRP and i-PRF (centrifuged at 700 rpm (60× g) for 3 min) were compared by assays for fibroblast biocompatibility, migration, adhesion, proliferation, as well as expression of platelet-derived growth factor (PDGF), transforming growth factor-β (TGF-β), collagen1 (COL1) and fibronectin (FN). The results demonstrate that i-PRF induced significantly higher cell migration, as well as higher messenger RNA (mRNA) levels of PDGF, TGF-β, collagen1 and fibronectin when compared to PRP. Furthermore, collagen1 synthesis was highest in the i-PRF group. These findings demonstrate that liquid platelet concentrates can be formulated without the use of anticoagulants and present much translational potential for future research. Future animal and clinical trials are now necessary to further investigate the potential of utilizing i-PRF for soft tissue regenerative protocols in combination with various biomaterials.
Platelet-rich fibrin (PRF) is a blood concentrate derived from venous blood that is processed without anticoagulants by a one-step centrifugation process. This three-dimensional scaffold contains inflammatory cells and plasma proteins entrapped in a fibrin matrix. Liquid-PRF was developed based on the previously described low-speed centrifuge concept (LSCC), which allowed the introduction of a liquid-PRF formulation of fibrinogen and thrombin prior to its conversion to fibrin. Liquid-PRF was introduced to meet the clinical demand for combination with biomaterials in a clinically applicable and easy-to-use way. The aim of the present study was to evaluate, ex vivo, the interaction of the liquid-PRF constituents with five different collagen biomaterials by histological analyses. The results first demonstrated that large variability existed between the biomaterials investigated. Liquid-PRF was able to completely invade Mucograft® (MG; Geistlich Biomaterials, Wolhusen, Switzerland) and to partly invade Bio-Gide® (BG; Geistlich Biomaterials, Wolhusen, Switzerland) and Mucoderm® (MD; Botiss Biomaterials, Berlin, Germany), and Collprotect® (CP; Botiss Biomaterials, Berlin, Germany) showed only a superficial interaction. The BEGO® collagen membrane (BCM; BEGO Implant Systems) appeared to be completely free of liquid-PRF. These results were confirmed by the different cellular penetration and liquid-PRF absorption coefficient (PAC) values of the evaluated membranes. The present study demonstrates a system for loading biomaterials with a complex autologous cell system (liquid-PRF) in a relatively short period of time and in a clinically relevant manner. The combination of biomaterials with liquid-PRF may be clinically utilized to enhance the bioactivity of collagen-based biomaterials and may act as a biomaterial-based growth factor delivery system.