Oberflächenfunktionalisierte Polymerfasermatrices für den Einsatz im Tissue Engineering

Insbesondere in jüngerer Zeit konnten im Bereich der Gewebezüchtung - Tissue Engineering- signifikante Fortschritte erzielt werden. So ist es heute z.B. schon möglich Haut künstlich herzustellen und zu transplantieren. Deutliche Fortschritte sind auch im Bereich des Züchtens von Knochen, Muskeln u...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:
1. Verfasser: Walz, Andreas
Beteiligte: Wendorff, Joachim H. (Prof. Dr.) (BetreuerIn (Doktorarbeit))
Format: Dissertation
Sprache:Deutsch
Veröffentlicht: Philipps-Universität Marburg 2009
Chemie
Schlagworte:
Online Zugang:PDF-Volltext
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Zusammenfassung:Insbesondere in jüngerer Zeit konnten im Bereich der Gewebezüchtung - Tissue Engineering- signifikante Fortschritte erzielt werden. So ist es heute z.B. schon möglich Haut künstlich herzustellen und zu transplantieren. Deutliche Fortschritte sind auch im Bereich des Züchtens von Knochen, Muskeln und Knorpel erkennbar. Für die erforderliche Entwicklung einer idealen Matrix -Scaffold- für das Zellwachstum ist ein fundamentales Verständnis der Zell-Matrix-Wechselwirkungen unerlässlich. Für die Zellen muss ein Scaffold geschaffen werden, welches die natürliche extrazelluläre Matrix (EZM) nachahmt. Gerade Matrizes aus Polymerfasern hergestellt über das Elektrospinnverfahren können diesem Anspruch gerecht werden. Da der biologische Aufbau der EZM in den Größenordnungen der hergestellten Polymerfasermatrices stattfindet, kann eine Imitation der natürlichen Strukturen vorgenommen werden. Ein zentrales Ziel der vorliegenden Arbeit war es, durch Oberflächenfunktionalisierung an Polymerfasermatrices gezielt Einfluss auf das Zellverhalten wie Wachstum, Proliferation und Differenzierung zu nehmen. Das bestehende Poly(L-lactid) Scaffold-System wurde weiterentwickelt, indem spezifisch ausgesuchte Wirksubstanzen, wie lineare oder zyklische RGD-Peptide, an den Faseroberflächen angereichert wurden. Das Anreichern der RGD-Peptide in seiner bioaktiven Form konnte durch das Verspinnen einer PLLA/RGD-Peptid-Suspension und einer PLLA/RGD-Peptid-Emulsion realisiert werden. Weiterhin konnten zyklische RGD-Peptide an die glatte Oberfläche von PLLA-Fasern nach Aktivierung mit Sauerstoffplasma und Verwendung der EDC/Sulfo-NHS-Kopplungsstrategie erfolgreich angebunden werden. Der Einfluss von Sauerstoffplasma auf Struktur und Eigenschaften der PLLA-Oberflächen wurde durch Kontaktwinkelmessungen, Rasterkraftuntersuchungen, Zug-Dehungs-Experimente und Löslichkeitsstudien bestimmt. In der Zusammenarbeit mit der AG Schofer der Universitätsklinikums Marburg wurde die Biokompatibilität dieser oberflächenfunktionalisierten Fasermatrices bezüglich humanen mesenchymalen Stammzellen (hMSC) analysiert. So vermitteln Fasern aus einer Poly(L-lactid)/RGD-Emulsion das osteogene Potential von Kollagen. Dagegen vermitteln Fasern aus einer Poly(L-lactid)/RGD-Suspension das osteogene Potential von Kollagen kaum. Bei der Kultivierung der RGD-funktionalisierten Polymerfasermatix mit hMSC wurde ein osteoinduktiver Effekt festgestellt. In einem weiteren Kooperationsprojekt mit der Augenklinik Aachen mit der Zielrichtung einer Behandlung der Altersbedingten Makula Degeneration (AMD) wurde eine „freitragende“ Fasermatrix aus Polyamid 6 und Poly(L-lactid) entwickelt. Diese Fasermatrices konnten anschließend erfolgreich von unserem Kooperationspartner der Augenklinik Aachen für die in vitro Kultivierung von Pigmentepithelzellen etabliert werden. Die ersten in vitro Untersuchungen zu Vitalität und Wachstum dieser Zellen zeigten ein konfluentes Besiedeln und eine hohe Vitalität auf Polyamid 6-Fasermatrices an. Bei den ersten in vivo Transplantationen mit den Polyamid 6-Fasern unter die Bindehaut des Kaninchens konnte eine klinisch und auch histologisch gute Verträglichkeit ermittelt werden. Bei weiteren Untersuchungen der Zellbiokompatibilität auf einer Poly(L-lactid)fasermatrix wurde eine höhere Vitalitätsrate der eingesetzten Irispigmentepithelzellen im Vergleich zu den Retinalen Pigmentepithelzellen erreicht. Insgesamt konnte jedoch zu keinem Zeitpunkt eine Konfluenz der Zellen auf der ganzen Fläche der Fasermatrices beobachtet werden. Es ist daher erforderlich, die aus der Zusammenarbeit mit der Orthopädie Marburg, betreffend der Funktionalisierung der Fasermatrices gewonnenen Erkenntnisse zu übertragen. Die etablierte EDC/Sulfo-NHS-Kopplungsstrategie für die Anbindung von Wirksubstanzen kann weitergehend für die gezielte Einstellung von Oberflächeneigenschaften der Polymerfasern mittels z.B. hochselektiver Peptide, Proteine oder Katalysatoren verwendet werden. Z.B. im Bereich der Wundheilung bietet sich nun eine Kooperation mit der AG Vilcinskas vom Institut für Phytopathologie und Angewandte Zoologie an. Für die isolierten antiseptischen Peptide aus Insekten kann ein Trägersystem aus Polymerfasern geschaffen werden.