Name: matrix-assisted autologous chondrocyte transplantation for remodeling and repair of chondral defects in a rabbit model
Uploaded: 2013-05-21T12:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Matrix-assisted Autologous Chondrocyte Transplantation for Remodeling and Repair of Chondral Defects in a Rabbit Model at JoVE.com

Dieses Projekt wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG, HE 4578/3-1) gefördert.

A. Knorpelbiopsie (Operationssälen; Schritte 1-5 in Non-sterile Zubereitung Zimmer) <ol><li> Führen Sie eine letzte Gewichtskontrolle des Kaninchens (New Zealand White Kaninchen, weiblich, 3,5-4,0 kg Körpergewicht, 6 Monate alt), um in der Lage sein Dosis Medikamente richtig und Gewicht im Anschluss an Operation zu überwachen. </li><li> Induce Anästhesie der Kaninchen durch eine intravenöse Injektion von 10 mg / kg Propofol. </li><li> Nach der Intubation Aufrechterhaltung der Narkose mit 1,5 mg / kg / min Propof...

<ol>
	<li>Albrecht, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Gene+expression+and+cell+differentiation+in+matrix-associated+chondrocyte+transplantation+grafts:+a+comparative+study.">Gene expression and cell differentiation in matrix-associated chondrocyte transplantation grafts: a comparative study.</a> Osteoarthritis Cartilage. 19, 1219-1227 (2011).</li><li>Pridie, K. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+method+of+resurfacing+osteoarthritic+knee+joints.">A method of resurfacing osteoarthritic knee joints.</a> J. Bone Joint Surg. Br. 41, 618-619 (1959).</li><li>Johnson, L. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Arthroscopic+abrasion+arthroplasty+historical+and+pathologic+perspective:+present+status.">Arthroscopic abrasion arthroplasty historical and pathologic perspective: present status.</a> Arthroscopy. 2, 54-69 (1986).</li><li>Steadman, J. R., Rodkey, W. G., Singelton, S. B., Briggs, K. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microfracture+technique+for+full-thickness+chondral+defects:+technique+and+clinical+result.">Microfracture technique for full-thickness chondral defects: technique and clinical result.</a> Operat. Tech. Orthop. 7, 300-304 (1997).</li><li>Brittberg, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Treatment+of+deep+cartilage+defects+in+the+knee+with+autologous+chondrocyte+transplantation.">Treatment of deep cartilage defects in the knee with autologous chondrocyte transplantation.</a> N. Engl. J. Med. 331, 889-895 (1994).</li><li>Peterson, L., Vasiliadis, H. S., Brittberg, M., Lindahl, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Autologous+chondrocyte+implantation:+a+long-term+follow-up.">Autologous chondrocyte implantation: a long-term follow-up.</a> Am. J. Sports Med. 38, 1117-1124 (2010).</li><li>Nehrer, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chondrocyte-seeded+collagen+matrices+implanted+in+a+chondral+defect+in+a+canine+model.">Chondrocyte-seeded collagen matrices implanted in a chondral defect in a canine model.</a> Biomaterials. 19, 2313-2328 (1998).</li><li>Frenkel, S. R., Toolan, B., Menche, D., Pitman, M. I., Pachence, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chondrocyte+transplantation+using+a+collagen+bilayer+matrix+for+cartilage+repair.">Chondrocyte transplantation using a collagen bilayer matrix for cartilage repair.</a> J. Bone. Joint Surg. Br. 79, 831-836 (1997).</li><li>Salzmann, G. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+dependence+of+autologous+chondrocyte+transplantation+on+varying+cellular+passage,+yield+and+culture+duration.">The dependence of autologous chondrocyte transplantation on varying cellular passage, yield and culture duration.</a> Biomaterials. 32, 5810-5818 (2011).</li><li>Frohlich, M., Malicev, E., Gorensek, M., Knezevic, M., Kregar Velikonja, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Evaluation+of+rabbit+auricular+chondrocyte+isolation+and+growth+parameters+in+cell+culture.">Evaluation of rabbit auricular chondrocyte isolation and growth parameters in cell culture.</a> Cell Biol. Int. 31, 620-625 (2007).</li><li>Willers, C., Chen, J., Wood, D., Xu, J., Zheng, M. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Autologous+chondrocyte+implantation+with+collagen+bioscaffold+for+the+treatment+of+osteochondral+defects+in+rabbits.">Autologous chondrocyte implantation with collagen bioscaffold for the treatment of osteochondral defects in rabbits.</a> Tissue Eng. 11, 1065-1076 (2005).</li><li>Vogt, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+influence+of+the+stable+expression+of+BMP2+in+fibrin+clots+on+the+remodelling+and+repair+of+osteochondral+defects.">The influence of the stable expression of BMP2 in fibrin clots on the remodelling and repair of osteochondral defects.</a> Biomaterials. 30, 2385-2392 (2009).</li><li>Ueblacker, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+vivo+analysis+of+retroviral+gene+transfer+to+chondrocytes+within+collagen+scaffolds+for+the+treatment+of+osteochondral+defects.">In vivo analysis of retroviral gene transfer to chondrocytes within collagen scaffolds for the treatment of osteochondral defects.</a> Biomaterials. 28, 4480-4487 (2007).</li><li>Marlovits, S., Zeller, P., Singer, P., Resinger, C., Vecsei, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cartilage+repair:+generations+of+autologous+chondrocyte+transplantation.">Cartilage repair: generations of autologous chondrocyte transplantation.</a> Eur. J. Radiol. 57, 24-31 (2006).</li><li>Benya, P. D., Shaffer, J. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dedifferentiated+chondrocytes+reexpress+the+differentiated+collagen+phenotype+when+cultured+in+agarose+gels.">Dedifferentiated chondrocytes reexpress the differentiated collagen phenotype when cultured in agarose gels.</a> Cell. 30, 215-224 (1982).</li><li>Rudert, M., Hirschmann, F., Wirth, C. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Growth+behavior+of+chondrocytes+on+various+biomaterials.">Growth behavior of chondrocytes on various biomaterials.</a> Orthopade. 28, 68-75 (1999).</li><li>Hsu, S. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Evaluation+of+biodegradable+polyesters+modified+by+type+II+collagen+and+Arg-Gly-Asp+as+Tissue+Engineering+scaffolding+materials+for+cartilage+regeneration.">Evaluation of biodegradable polyesters modified by type II collagen and Arg-Gly-Asp as Tissue Engineering scaffolding materials for cartilage regeneration.</a> Artificial Organs. 30, 42-55 (2006).</li><li>Brun, P., Cortivo, R., Zavan, B., Vecchiato, N., Abatangelo, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+vitro++reconstructed+tissues+on+hyaluronan-based+temporary+scaffolding.">In vitro reconstructed tissues on hyaluronan-based temporary scaffolding.</a> J. Mater. Sci. Mater. Med. 10, 683-688 (1999).</li><li>Domm, C., Fay, J., Schunke, M., Kurz, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Redifferentiation+of+dedifferentiated+joint+cartilage+cells+in+alginate+culture.+Effect+of+intermittent+hydrostatic+pressure+and+low+oxygen+partial+pressure.">Redifferentiation of dedifferentiated joint cartilage cells in alginate culture. Effect of intermittent hydrostatic pressure and low oxygen partial pressure.</a> Orthopade. 29, 91-99 (2000).</li><li>Kimura, T., Yasui, N., Ohsawa, S., Ono, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chondrocytes+embedded+in+collagen+gels+maintain+cartilage+phenotype+during+long-term+cultures.">Chondrocytes embedded in collagen gels maintain cartilage phenotype during long-term cultures.</a> Clin. Orthop. Relat. Res. , 231-239 (1984).</li><li>Kon, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Second-generation+autologous+chondrocyte+implantation:+results+in+patients+older+than+40+years.">Second-generation autologous chondrocyte implantation: results in patients older than 40 years.</a> Am. J. Sports Med. 39, 1668-1675 (2011).</li><li>Gavenis, K., Schmidt-Rohlfing, B., Mueller-Rath, R., Andereya, S., Schneider, U. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+vitro+comparison+of+six+different+matrix+systems+for+the+cultivation+of+human+chondrocytes.">In vitro comparison of six different matrix systems for the cultivation of human chondrocytes.</a> In Vitro Cell Dev. Biol. Anim. 42, 159-167 (2006).</li><li>Niemeyer, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Characteristic+complications+after+autologous+chondrocyte+implantation+for+cartilage+defects+of+the+knee+joint.">Characteristic complications after autologous chondrocyte implantation for cartilage defects of the knee joint.</a> Am. J. Sports Med. 36, 2091-2099 (2008).</li><li>Tay, L. X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Treatment+outcomes+of+alginate-embedded+allogenic+mesenchymal+stem+cells+versus+autologous+chondrocytes+for+the+repair+of+focal+articular+cartilage+defects+in+a+rabbit+model.">Treatment outcomes of alginate-embedded allogenic mesenchymal stem cells versus autologous chondrocytes for the repair of focal articular cartilage defects in a rabbit model.</a> The American Journal of Sports Medicine. 40, 83-90 (2012).</li><li>Brittberg, M., Nilsson, A., Lindahl, A., Ohlsson, C., Peterson, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rabbit+articular+cartilage+defects+treated+with+autologous+cultured+chondrocytes.">Rabbit articular cartilage defects treated with autologous cultured chondrocytes.</a> Clin. Orthop. Relat. Res. , 270-283 (1996).</li></ol>

Das vorgestellte Protokoll bietet eine etablierte 9,12,13 und leicht reproduzierbar Technik autologen Chondrozyten für nachfolgende Proliferation und Re-Implantation in künstlich geschaffenen Knorpelschäden in Knie Kaninchen isolieren. Die Verwendung von autologen Chondrozyten für Umbau und Reparatur von Gelenkknorpel Läsionen ist bereits in der klinischen Anwendung bieten befriedigende Langzeitergebnisse 6. Große Probleme wie beispielsweise Periost Hypertrophie u...

<table border="1">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Name of reagent/equipment</td>
			<td>Company</td>
			<td>Catalogue Number</td>
			<td>Comments</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DMEM</td>
			<td>Biochrom AG</td>
			<td>F 0415</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Collagenase A</td>
			<td>Roche</td>
			<td>10 103 586 001</td>
			<td>0.21 U/mg</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fetal calf serum (FCS)</td>
			<td>PAN Biotech GmbH</td>
			<td>3702-P103009</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Propofol</td>
			<td>Fresenius Kabi</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Penicillin/Streptomycin</td>
			<td>Biochrom AG</td>
			<td>A 2213</td>
			<td>10,000 U/ml/10,000 &mu;g/ml</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PBS Dulbecco (1X)</td>
			<td>Biochrom AG</td>
			<td>L1815</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ethanol (70%)</td>
			<td>Merck KgaA</td>
			<td>410230</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Trypsin-EDTA 0.25 %/0.02 %</td>
			<td>Biochrom AG</td>
			<td>L2163</td>
			<td>in PBS w/o Ca2+, Mg2+</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fentanyl</td>
			<td>Delta Select GmBH</td>
			<td>1819340</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NaCl solution (0.9%)</td>
			<td>Bbraun</td>
			<td>8333A193</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tissue culture dishes 100 mm/150 mm</td>
			<td>TPP AG</td>
			<td>93100/93150</td>
			<td>Growth area 60.1 mm2/147.8 mm2</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tissue culture flasks 25/75 mm2</td>
			<td>TPP AG</td>
			<td>90025/90075</td>
			<td>25 mm2, 75 mm2</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Centrifuge Tubes (50 ml)</td>
			<td>TPP AG</td>
			<td>91050</td>
			<td>Gamma-sterilized</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hemocytometer</td>
			<td>Brand GmbH+Co KG</td>
			<td>717810</td>
			<td>Neubauer</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Trypan Blue Solution 0.4%</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>L8154</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Spray dressing (OpSite)</td>
			<td>Smith&amp;Nephew</td>
			<td>66004978</td>
			<td>Permeable for water vapor</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Chondro-Gide&Ograve;</td>
			<td>Geistlich Pharma AG</td>
			<td>30915.5</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Biopsy Punch</td>
			<td>pfm medical ag</td>
			<td>48351</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tissucol Duo S</td>
			<td>Baxter</td>
			<td>3419627</td>
			<td>0.5 ml</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

matrix-assisted autologous chondrocyte transplantation for remodeling and repair of chondral defects in a rabbit model

Gelenkknorpel Mängel sind ein großes gesundheitliches Problem betrachtet, weil Gelenkknorpel hat eine begrenzte Kapazität für Selbst-Regeneration 1. Unbehandelte Knorpelschäden zu andauernden Schmerz zu führen, was sich negativ auf die Qualität des Lebens und der Prädisposition für Arthrose. In den letzten Jahrzehnten wurden verschiedene chirurgische Techniken entwickelt, um solche Läsionen zu behandeln. Doch bis jetzt war es nicht möglich, eine vollständige Reparatur in Bezug auf die Deckung des Defektes mit hyaline Gelenkknorpel oder eine zufriedenstellende langfristige Erholung 2-4 zu erreichen. Daher bleiben Gelenkknorpel Verletzungen ein primäres Ziel für regenerative Techniken wie Tissue Engineering. Im Gegensatz zu anderen chirurgischen Verfahren, die oft zur Bildung von Faser-oder fibrocartilagineum Gewebe führen soll Tissue Engineering zu vollständigen Wiederherstellung der komplexen Struktur und die Eigenschaften der ursprünglichen Gelenkknorpel unter Verwendung der chondrogenen Potential der transplantierten Zellen. RÜNGSTE Entwicklungen eröffnet vielversprechende Möglichkeiten für regenerative Therapien Knorpel. Die erste Zelle Ansatz für die Behandlung von tiefen osteochondralen Läsionen oder Knorpel wurde 1994 von Lars Peterson und Mats Brittberg die klinische autologe Chondrozyten-Implantation (ACI) 5 Pionierarbeit durchgeführt. Heute ist die Technik in der Klinik zur Behandlung von großen Knorpelschaden Mängel des Knies gut etabliert, das Beibehalten der guten klinischen Ergebnisse auch 10 bis 20 Jahre nach der Implantation 6. In den letzten Jahren erlebte die Implantation von autologen Chondrozyten eine schnelle Progression. Der Einsatz eines künstlichen dreidimensionalen Kollagen-Matrix, auf der Zellen anschließend wieder aufgeforstet werden immer mehr und mehr populär 7-9. MACT besteht aus zwei Operationen: Erstens, um Chondrozyten sammeln muss ein Knorpel-Biopsie von einem nicht belasteten Bereich der Knorpel t durchgeführt werden,er Kniegelenk. Dann werden Chondrozyten, die extrahiert, gereinigt und erweitert werden, um eine ausreichende Anzahl von Zellen in vitro. Chondrozyten werden dann auf eine dreidimensionale Matrix ausgesät und anschließend wieder implantiert werden. Bei der Herstellung einer Tissue-Engineering-Implantat sind Proliferationsrate und Differenzierung Kapazität von entscheidender Bedeutung für eine erfolgreiche Geweberegeneration 10. Verwendung einer dreidimensionalen Matrix als Zellträger wird angenommen, dass diese zellulären Merkmale 11 zu unterstützen. Das folgende Protokoll wird zusammengefasst und zeigen eine Technik zur Isolierung von Chondrozyten aus Knorpel Biopsien, ihre Proliferation in vitro und deren Aussaat auf einer 3D-Matrix (Chondro-Gide, Geistlich Biomaterials, Wollhusen, Schweiz). Schließlich wird die Implantation der Zell-Matrix-Konstrukte in künstlich geschaffenen Knorpeldefekten eines Kaninchens Kniegelenk beschrieben. Diese Technik kann als eine experimentelle Einstellung verwendet werdenfür weitere Experimente von Knorpel zu reparieren.

Die beschriebene Operationstechnik ermöglicht eine erfolgreiche Isolierung und die Implantation von autologen Chondrozyten in ein künstliches Knorpeldefekt. Der experimentelle Aufbau ergab eine erfolgreiche Integration des Implantates in den umgebenden Knorpel. Nach 12 Wochen in vivo wurde der Knorpeldefekt durch Reparatur Gewebe mit einer homogenen und intakte Oberfläche, die Schubspannung und Schäden an dem Implantat (4) reduziert gefüllt. Außerdem wurden ke...

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Matrix-assisted Autologous Chondrocyte Transplantation for Remodeling and Repair of Chondral Defects in a Rabbit Model

Ein experimentelles Verfahren für die Behandlung von Knorpeldefekten in das Kaninchen Kniegelenk beschrieben. Die Implantation von autologen Chondrozyten auf einer Matrix ausgesät ist eine gut akzeptierte Methode für den Umbau und die Reparatur von Gelenkknorpelläsionen Bereitstellung befriedigend langfristige Ergebnisse. Matrix-assistierte autologe Chondrozyten-Transplantation (MACT) bietet eine standardisierte und klinisch etablierte Methode der Implantation.

Matrix-assistierte autologe Chondrozyten-Transplantation für Umbau und Reparatur von Knorpeldefekten in einem Kaninchen-Modell

Articular cartilage defects are considered a major health problem because articular cartilage has a limited capacity for self-regeneration 1. Untreated ...

Research

JoVE Journal

Medicine

A Mouse Model of in Utero Transplantation

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The transplantation of stem cells and viruses in utero has tremendous potential for treating congenital disorders in the human fetus.  For example, in ...

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Orthotopic lung transplantation in rats was first reported by Asimacopoulos and colleagues in 1971 1. Currently, this method is well accepted and ...

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Eine Maus fetalen Hautmodell von Scarless Wound Repair

Early in utero, but not in postnatal life, cutaneous wounds undergo regeneration and heal without formation of a scar. Scarless fetal wound healing occurs ...

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Eine Ratte Karotis-Ballon-Verletzung Modell Anti-vaskuläre Remodeling Therapeutics zu Test

The rat carotid balloon injury is a well-established surgical model that has been used to study arterial remodeling and vascular cell proliferation. It is ...

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Heart failure is one of the leading causes of death worldwide. It is a complex clinical syndromethat includes fatigue, dyspnea, exercise intolerance, and ...

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Lentivirale Vektor-vermittelte Gentherapie von Hepatozyten Ex Vivo für autologe Transplantation bei Schweinen

Gene therapy is an ideal choice to cure many inborn errors of metabolism of the liver. Ex-vivo, lentiviral vectors have been used successfully in the ...

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