A collagen cell carrier seeded with autologous urothelial cells for reconstructive surgery of the urethra

Tissue Engineering (TE) ist ein neuer therapeutischer Ansatz, um dem Mangel an Spenderorganen oder -geweben gerecht zu werden. Er zielt darauf ab, Ersatzorgane herzustellen, um die Organfunktion des Empfängers zu verbessern oder zu ersetzen. Die drei Grundprinzipien des TE beinhalten die Nutzung von: 1) isolierten Zellen oder Zellersatz, 2) Signalmolekülen wie Wachstumsfaktoren, die die Zellproliferation fördern und 3) Matrices, das heißt natürlichen oder synthetischen Trägermaterialien. Durch die Nutzung von Biomaterialien als Trägermaterial können autologe zellbasierte Transplantate stabilisiert werden und damit ein strapazierfähiges künstliches Organ in vitro hergestellt werden. Mit dieser Untersuchung sollte die Tauglichkeit eines zellbesiedelten kollagenbasierten Gerüsts (collagen cell carrier - CCC) geprüft werden, Harnröhrenläsionen insbesondere Harnröhrenstrikturen als innovatives Therapiekonzept zu beheben. Dazu wurde die Viabilität und Proliferation humaner und porciner Urothelzellen ebenso wie deren Adhärenz auf dem neuen Zellträger untersucht. In vivo wurde die Biokompatibilität durch ektopische Transplantation im Nacktrattenmodell getestet und abschließend wurden zellbesiedelte Kollagenmatrices nach Induktion einer Harnröhrenstriktur in die Harnröhre von Minipigs eingesetzt. Sowohl die in vitro als auch die in vivo Daten belegten die exzellente Tauglichkeit von CCC als Trägermatrix zur Konstruktion artifizieller autologer Urotheltransplantate. Wurde eine große Anzahl an Zellen verwendet, so waren die metabolische Aktivität und Proliferation als auch die Adhärenz auf CCC vergleichbar mit der bei Aussaat auf Plastik. Das Nacktrattenmodell und das Minipigmodell wiesen die Biokompatibilität, die Integration und die Degradation der Zell-Matrix-Konstrukte in vivo nach. Damit sind die Ergebnisse dieser Studie von größter Bedeutung für die zukünftigen Therapiemöglichkeiten von Harnröhrenstrikturen und legen den Grundstein für die potentielle klinische Anwendung.Tissue engineering (TE) is a new therapeutic approach to cope with the lack of donor organs or tissues. It aims to create organ substitutes to improve the function of the recipient’s organ or to replace it. The three basic principles of TE comprise the use of: 1) isolated cells or cell substitutes, 2) signal molecules that promote cell proliferation such as growth factors and 3) matrices i.e. natural or synthetic scaffolds. Using biomaterials as scaffolds, autologous cell-based transplants can be stabilised and consequently, a solid artificial organ can be constructed in vitro. This investigation was supposed to verify the suitability of a cell seeded collagen based scaffold (collagen cell carrier - CCC) to repair urethral lesions especially urethral strictures as an innovative therapeutic concept. Therefore, viability and proliferation of human and porcine urothelial cells as well as their adherence on the new cell carrier were examined. In vivo biocompatibility was tested by ectopic transplantation in nude rats and finally, cell seeded collagen matrices were applied in minipigs’ urethras after induction of a urethral stricture. In vitro as well as in vivo investigations proved the excellent suitability of CCC as a cell carrier to create artificial autologous urothelial transplants. Metabolic activity and proliferation of urothelial cells as well as their adherence on CCC were comparable to plastic seeding when high numbers of cells were used. The nude rat model and the minipig model proved the biocompatibility, integration, and degradation of the cell matrix constructs in vivo. Hence the results of this study are of greatest value for future therapeutic options for urethral strictures and lay the foundations for potential clinical application