Niederdruckplasmagestützte Präparation von strukturierten, schaltbaren Hydrogelschichten zur physikochemischen Stimulierung adhärenter Zellen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Eine Reihe thermisch schaltbarer Hydrogele (stimuli responsive polymers, SRP) wurde synthetisiert, mittels plasmagestützter Verfahren auf polymeren Trägern immobilisiert und unter Nutzung speziell entwickelter Analysetechniken hinsichtlich des Schaltverhaltens sowie der lateralen und vertikalen Strukturierbarkeit charakterisiert. Die erhaltenen Systeme bieten vielfältige Möglichkeiten zur physikochemischen Stimulierung adhärenter Zellen. Als besonders vorteilhaft für den Einsatz als schaltbare Zellkulturträger erwiesen sich polyethylenglykolhaltige Copolymere auf der Basis von N-isopropylacrylamid (NiPAAm). Bei der Stimulation von Zellkulturen konnten systematische Abhängigkeiten von der Art des verwendeten Copolymers und dessen Eigenschaften aufgezeigt werden. Gezielte Untersuchungen ermöglichten daraufhin die Auswahl geeigneter, auf den jeweiligen Zelltyp abgestimmter SRP Materalien. Im Rahmen grundlegender Untersuchungen gelang es mit fluoreszenzmikroskopischen Methoden das Verhalten von Proteinen der extrazellulären Matrix während des Schaltvorgangs an lebenden Zellen zu verfolgen. Mit der erfolgreichen Kultivierung von Monolagen humaner kornealer Endothelzellen auf thermisch schaltbaren Hydrogelen und dem Nachweis von deren Funktionalität wurde ein Beitrag zu künftigen Tissue-Engineering-Anwendungen dieses Gewebes geleistet. Versuche mit lateral strukturierten Zellkulturträgern demonstrierten das Potenzial eines solchen Ansatzes, führten jedoch geichzeitig zu neuen Herausforderungen insbesondere auf präparativem Gebiet. Für eine gegebene Strukturgröße ist die simultane Ablösung definiert geformter Zellverbände in einem einzigen Schaltvorgang durch Kontrast der Lateralstruktur sowie in hohem Maße durch die Stärke der Zell-Zell-Wechselwirkung limitiert. Die sukzessive Besiedlung von lateral strukturierten schaltbaren Zellkulturträgern mit verschiedenen Zelltypen ist an spezielle Voraussetzungen bzgl. eines ähnlichen Adhäsions- und Proliferationsverhaltens gebunden. Vertikal strukturierte Systeme (Schichtstapel) in unterschiedlichen Materialkombinationen konnten erfolgreich präpariert und charakterisiert werden. Für die gesteuerte Freisetzung von Wirkstoffen aus Zellkulturträgern wurde eine spezielle Variante aus einer mikrometerdicken Speicherschicht und einer schaltbaren Deckschicht favorisiert. Das Releaseverhalten des Systems konnte sowohl fluoreszenzmikroskopisch als auch mittels Radiomarkierung dokumentiert werden. Die oberhalb der Schalttemperatur erzielbare Barrierewirkung der SRP Deckschicht enwies sich jedoch als unzureichend für eine ausgeprägte Modulation des Freisetzungsverhaltens.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- "In situ study of the thermoresponsive behavior of micropatterned hydrogel films by imaging ellipsometry". LangmuirlA, 2317-2322 (2005)
D. Schmaljohann, M. Nitschke, R. Schulze, A. Eing, C. Werner, K. J. Eichhorn
- "Thermisch schaltbare Hydrogele - Synthese, Charakterisierung, Anwendung". (Dissertation, TU Dresden, 2006)
S. Gramm
- "Detachment of human endothelial cell sheets from thermo-responsive poly(NiPAAm-co-DEGMA) carriers". Express Polymer Letters 1, 660-666 (2007)
M. Nitschke, T. Götze, S. Gramm, C. Werner
- "Thermo-responsive poly(NiPAAm-co-DEGMA) substrates for gentle harvest of human corneal endothelial cell sheets". Journal of Biomedical Materials Research A 80, 1003-1010 (2007)
M. Nitschke, S. Gramm, T. Götze, M. Valtink, J. Drichel, B. Voit, K. Engelmann, C. Werner
- "Cultivation of an immortalized human corneal endothelial cell population and two distinct clonal subpopulations on thermo-responsive carriers". Graefe's Archive for Clinical and Experimental Ophthalmology, 246 (2008) 1575-1583
T. Götze, M. Valtink, M. Nitschke, S. Gramm, K. Engelmann, T. Hanke, C. Werner
