Collageen type 1
2.8.8.3 glycosaminoglycanen
net als collageen type I-matrices zijn deze bestaande uit collageen/glycosaminglycanen bestudeerd in een verscheidenheid van experimenten. De meeste matrices zijn crosslinked, wat de resorptie vertraagt en de integriteit van de steiger over een langere tijd behoudt (Pieper et al., 2000b). Of crosslinking wordt gebruikt hangt dus af van de toepassing en de tijd die nodig wordt geacht om de steiger of de coating in situ te blijven. Vooral voor coatings vermindert dit de noodzaak om te crosslink, aangezien het behoud van een driedimensionale, poreuze structuur hier geen probleem is, en de meeste experimenten wijzen erop dat het effect van coatings relatief vroeg is.
onder de glycosaminoglycanen neemt hyaluronzuur een enigszins aparte positie in. Vanwege de onverzadigde toestand is er weinig interactie met groeifactoren of andere ECM-componenten; het belangrijkste effect van HyA is via zijn grootte (zie ook Paragraaf 2.8.3). Er zijn een aantal toepassingen als een dermale substituut, waar collageen / HyA membranen werden aangetoond dat een goede compatibiliteit en lage prikkelbaarheid (Koller et al., 2000), maar in de meeste gevallen werden de gesulfateerde Gag ‘ s gebruikt.
als Gag ‘ s worden gecombineerd met collageenmatrices zijn er verschillende effecten, zoals het beïnvloeden van het ontstekingsproces en de reactie van vreemde lichamen, een waarneming die herhaaldelijk is gemeld. Bij ratten helpen zowel CS als HS in combinatie met collageen de aanmaak van nieuw gastheerweefsel met slechts een voorbijgaande ontstekingsreactie en een verminderde reactie van vreemde lichamen (Pieper et al., 2000b), en de activiteit van macrofagen werd gemeld om duidelijk te worden verminderd rond collageen/CS coating van titanium (Rammelt et al., 2007).
bij de osseale integratie van implantaten, waaronder Gag ‘ s, heeft ook tot positieve resultaten geleid, hoewel de mechanismen naar verwachting enigszins anders zullen zijn. Collageen / CS-coatings bleken consistent een hoger botvolume en botimplantaatcontact te geven dan collageen alleen voor titaniumimplantaten in zowel de juveniele als volwassen minipig onderkaak (Stadlinger et al., 2008c); opnieuw waren deze effecten in de vroege fase en nivellerden na 2 maanden (Stadlinger et al., 2009). Interessant is dat de extractie koppel van collageen / CS implantaten in de schapen tibia was in het gebied van hydroxyl apatiet coatings (1153 vs 1088 NMM voor collageen / CS) en hoger dan collageen (900 Nmm) ondanks het feit dat na 2 maanden de verschillen in bot appositie waren niet langer significant (Ferguson et al., 2008).
Coatings van collageen met een laag gesulfateerd sHyA verhoogden ook significant de botvolumedichtheid in vergelijking met de ongecoate controle na 8 weken ondergedompelde genezing; interessant is dat een verhoogde GAG-sulfatiegraad (hoog gesulfateerde sHA) geen vergelijkbare toename vertoonde (Stadlinger et al., 2012). Het is duidelijk dat de lage sulfatieniveaus van CS en shya-derivaten gunstig zijn voor Peri-implantaat botvorming, terwijl een hogere sulfatiegraad een schadelijk effect heeft. De precieze effecten van collageen-CS en collageen-sHyA in vivo zijn echter nog steeds niet opgehelderd en vereisen verder onderzoek.
op cellulair niveau, zowel voor collageen als nog meer voor collageen/CS, was er een snellere verschijning van relevante celtypen in vergelijking met ongecoate, raster gestraald implantaten, en osteoblastische differentiatie evenals osteoblast activiteit werd verhoogd zowel rond collageen (Sverzut et al., 2012) en collageen / CS (Rammelt et al., 2007). Dit resulteert in een significant verbeterde botremodellering in de vroege stadia van botgenezing, wat tot uiting komt in het contact met het botimplantaat na 4 weken: 89% voor collageen/CS, 76% voor collageen en 62% voor ongecoate implantaten (Rammelt et al., 2006). Bovendien waren de macrofaag-en osteoclastactiviteit in een ratmodel aanzienlijk verminderd rond collageen/CS-coatings, wat overeenkomt met de waarnemingen in de angiogene studies (Rammelt et al., 2007). De impact van oppervlaktetopografie en diermodel wordt geïllustreerd door het feit dat in de onderkaak van de foxhound, voor bewerkte en zuur geëtste titaniummonsters, het botimplantaatcontact in beide gevallen werd versterkt door collageen/CS-coatings, maar de verschillen waren alleen significant voor de bewerkte oppervlakken (Schliephake et al., 2009).
het gebruik van groeifactoren bij weefselregeneratie heeft geleid tot de ontwikkeling van een aantal dragers, maar een belangrijk nadeel blijft het feit dat zeer hoge hoeveelheden groeifactor moeten worden gebruikt om de gewenste effecten te bereiken. Kleinere hoeveelheden zoals kan worden bereikt door adsorptief immobiliseren bijvoorbeeld bmp-2 collageencoatings hebben vaak geen significant effect in vivo (Schliephake et al., 2005), hoewel de resultaten van de celcultuur veelbelovend zijn geweest. Dit is zeker een aspect waar de opneming van matrijscomponenten die gekend zijn om met de groeifactoren in wisselwerking te staan van gebruik kan zijn, en gycosaminoglycans zijn beschreven om met de groeifactoren in wisselwerking te staan. Het gebruik van matrices die deze componenten bevatten om het vermogen van aecm-coatings te verbeteren om groeifactoren te binden en te leveren is dus een logische benadering. Voor bot, richt het grootste deel van de rente zich op de BMPs; bmp-2 en BMP-4 zijn gekend om botvorming te veroorzaken wanneer vrijgegeven van dragers zoals collageenvliezen in vivo. Gebruikmakend van de hoge BMP-hoeveelheden die nodig zijn om een respons te induceren (deze liggen gewoonlijk in het µg-bereik), versterken collageen/heparinematrices de BMP-geïnduceerde osteoblastdifferentiatie niet alleen in vitro, maar ook in vivo, waarbij het mechanisme mogelijk de bescherming van de groeifactoren tegen afbraak en een remming van BMP-antagonisten (Zhao et al., 2006). Voor lagere BMP-hoeveelheden zoals die kunnen worden geïmmobiliseerd op tweedimensionale coatings van titaniumimplantaten, is de situatie anders. Hier kon ofwel geen BMP effect worden gezien (Schliephake et al., 2009), of een schadelijke. In de minipig onderkaak was het botimplantaatcontact voor collageen/CS 40%, maar voor collageen / CS / BMP-4 slechts 27% (Stadlinger et al., 2007, 2008b). Dit wijst erop dat, om de volledige waaier van potentiële aecm kan aanbieden te gebruiken, nog veel moet worden geleerd over hoe ECM componenten en oplosbare factoren met elkaar evenals met cellen en proteã nen van het gastheerweefsel in het proces van het helen in wisselwerking staan.
een ander aspect is angiogenese. GAGs zijn beschreven om een rol te spelen in het induceren en bevorderen van het, iets van het grootste belang, vooral in driedimensionale constructies. Hier zijn biomaterialen van belang die matricellular cues kunnen coderen die vasculaire vooruitgang regelen en verbeteren door het natuurlijke samenspel tussen matrijs, cellen en angiogenic factoren te reproduceren. In een rattenmodel vertoonden collageenmatrices met HS of heparine verbeterde angiogenese ten opzichte van alleen collageen (Pieper et al., 2000b; Steffens et al., 2004), het nadeel is dat deze toename van vascularisatie was alleen in de periferie en waarschijnlijk van voorbijgaande aard (Pieper et al., 2002). Dit zou kunnen worden ondervangen door de toevoeging van groeifactoren: VEGF verhoogde verder het angiogene potentieel van collageen / heparinematrices (Steffens et al., 2004), en bFGF in combinatie met collageen/HS resulteerden in steigers die gedurende een implantatieperiode van 10 weken vasculariseerd bleven in de matrix. Bovendien toonden ze een intense en langdurige weefselrespons en bevorderden ze aanzienlijk de generatie van nieuw weefsel (Pieper et al., 2002). Het interessantste feit hier is dat het toevoegen van bFGF aan de collageenmatrijs hetzelfde voorbijgaande en perifere effect als de collageen/HS-matrijs zonder de de groeifactor had, die erop wijzen dat niet alleen HS direct angiogenese beïnvloedt, maar dat het synergistically met bFGF kan werken. Met inbegrip van HyA in specifieke matrixlocatie kan van verder belang zijn, aangezien het verhogen van HyA in collageensteigers op een manier tegengesteld aan HS en heparine werkt, het ontkiemen remt, en de combinatie zou aldus kunnen worden gebruikt om de vaatgroei te leiden (Borselli et al., 2007).
