a pilot study

Master thesis - University of Veterinary Medicine Vienna - 2021

Tendons transfer muscle forces to bones and therefore play a crucial role in locomotion. They are frequently injured due to the enormous loads they are exposed to. About 25 % of the adult population suffer from tendon injuries (tendinopathy). In athletes, 30-50 % of all sport related injuries affect tendons. An equally high rate is observed in sports-horses. The similar pathophysiology between human and equine tendinopathies makes the horse an ideal model of naturally occurring tendon pathologies. Moreover, the superficial digital flexor tendon (SDFT) of the horse has a comparable size to the human Achilles tendon and is functionally equivalent. Tendon lesions usually lead to enduring pain and limited mobility, as injured tendons form scar tissue, which has impaired biomechanical properties and is prone to reinjury. Treatment options are few, mainly focusing on pain relief. To better understand the pathophysiology of tendinopathy, explore more effective treatment approaches and simultaneously reduce the need for animal experiments, an accurate in vitro disease model is required. Microfluidic organ-on-a-chip technology enables the 3D cultivation of many tissues and organs on biochips. The aim of this project was to establish a 3D tendon-on-a-chip model, which can be subjected to biomechanical strains mimicking a natural tendon. Microfluidic chips and collagen type I hydrogels were used for tenocyte cultivation in a tendon-like organoid. The contained tenocytes exert forces which contract the hydrogel to a tendon-like structure. Tendon organoids have been successfully cultured on the biochip for up to 28 days. The chip system was either subjected to dynamic strain and relaxation cycles, for 15 minutes a day using a Lego® construct, or to treatments that should imitate a tendinopathic state. Further optimization steps will be required, however the obtained preliminary results will serve as basis for future tendons-on-a-chip which can be used as a disease model to screen for new drugs and treatment options.

Masterarbeit - Veterinärmedizinische Universität Wien - 2021

Sehnen übertragen muskulär generierte Kräfte auf Knochen und spielen eine maßgebliche Rolle in der Bewegung. Durch die enormen Belastungen denen Sehnen ausgesetzt sind, kommt es häufig zu Verletzungen. Etwa 25 % der Erwachsenen leiden an Sehnenverletzungen. Bei Athleten betreffen 30 bis 40 % der Sportverletzungen Sehnen. Ähnlich hohe Verletzungszahlen für Sehnen werden auch in Sportpferden beobachtet. Die Pathophysiologie equiner und humaner Sehnenverletzungen ist sehr ähnlich, weshalb sich das Pferd gut als natürlicher Modellorganismus für Sehnenverletzungen eignet. Weiters bildet die oberflächliche digitale Beugesehne (SDFT) des Pferdes das funktionelle Äquivalent zur humanen Achilles Sehne. Generell führen Verletzungen der Sehne zu anhaltenden Schmerzen und eingeschränkter Beweglichkeit, da Narbengewebe mit verringerter biomechanischer Kapazität gebildet wird. Es gibt nur wenige Behandlungsmethoden, welche hauptsächlich auf Schmerzlinderung abzielen. Um die Pathophysiologie von Sehnenerkrankungen besser verstehen zu können, sowie gleichzeitig neue Therapiemethoden zu erforschen und die Notwendigkeit von Tierversuchen zu reduzieren, braucht es ein adäquates in vitro Modell. Die „Organ-on-a-chip“ Technologie ermöglicht die dreidimensionale Kultivierung von verschiedenen Geweben und Organen auf sogenannten „Biochips“. Ziel dieser Arbeit war es ein 3D Sehnen-on-a-chip Modell zu entwickeln, auf welches biomechanischer Zug ausgeübt werden kann. Biochips und Kollagen-Typ-I-Hydrogele wurden genutzt, um equine Tenozyten in einem sehnenartigen Organoid zu kultivieren. Die Tenozyten kontrahieren die kollagene Matrix zu einer sehnenartigen Struktur, welche für bis zu 28 Tage erfolgreich auf dem Biochip weiterkultiviert werden konnte. Das Chip-System wurde weiters entweder täglich für 15 Minuten mittels einem Lego®-Konstrukt mit zyklischem Zug stimuliert, oder wurde künstlich in einen Zustand versetzt, der einer Sehnenerkrankung gleicht. Der Chip muss noch weiter optimiert werden; die vorläufigen Erkenntnisse bilden jedoch eine Basis für weitere Sehen-on-a-chip Modelle, welche als Krankheitsmodell zur Erforschung neuer Behandlungsmöglichkeiten dienen können.

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85 Blätter