Kurzfassung

Die Frakturheilung bei Defekten kritischer Größe und das damit verbundene Infektrisiko stellen Chirurgen auch heute noch vor Probleme. Der Bedarf nach einem Biomaterial, das auch die Neovaskularisierung und Angiogenese fördert und einsetzbar in verschiedenen Bereichen der Medizin sein sollte, ist groß. Polysacharid-basierte Hydrogele (HG) zeigen optimale Eigenschaften und erfüllen alle Anforderungen an ein Biomaterial: sie sind hydrophil, biokompatibel und biodegradierbar, kovalente Bindung...Die Frakturheilung bei Defekten kritischer Größe und das damit verbundene Infektrisiko stellen Chirurgen auch heute noch vor Probleme. Der Bedarf nach einem Biomaterial, das auch die Neovaskularisierung und Angiogenese fördert und einsetzbar in verschiedenen Bereichen der Medizin sein sollte, ist groß. Polysacharid-basierte Hydrogele (HG) zeigen optimale Eigenschaften und erfüllen alle Anforderungen an ein Biomaterial: sie sind hydrophil, biokompatibel und biodegradierbar, kovalente Bindung von Proteinen ist möglich und manche Polysaccharide, wie z. B. Pullulan zeigen antibakterielle Eigenschaften. Daher ist das Ziel dieser Studie die Testung von polysaccharid-basierten Hydrogelen für den Einsatz im zellbasierten Tissue Engineering bzw. als Teil eines composite Materials.
Wir konnten mechanisch stabile fotovernetzte Hydrogele basierend auf biodegradierbaren Polysacchariden herstellen. Dabei zeigten reine Dextrangele sowie Hydrogele aus einer Mischung von Amylose und Pullulan die höchste Stabilität. Die Hydrogele zeigten keine Zytotoxizität; die Endotoxinkonzentration war gering. Zellwachstum sowohl von Endothelzellen als auch Osteoblasten konnte in den polysaccharid-basierten Hydrogelen nachgewiesen werden. Die kovalente Bindung von Wachstumsfaktoren (BMP2 und SDF-1) an das Hydrogel war möglich und die Freisetzung über einen Zeitraum von 72h konnte nachgewiesen werden. Die Funktion der gebundenen bzw. freigesetzten Wachstumsfaktoren wurde indirekt über die verstärkte zellspezifische Markerexpression (PCR und Immunfluoreszenz) demonstriert.  Im Fall von SDF-1 konnte die chemotaktische Wirkung des Faktors mit Hilfe eines Migrationsassays nachgewiesen werden.
Damit konnten wir ein Modell etablieren, um oberflächengebunde Filme aus fotovernetzten polysaccharidbasierten Hydrogelen herzustellen, die alle Anforderungen an ein Biomaterial erfüllen. Dieses Modell stellt einen vielversprechenden Ansatz für den Einsatz als biologisches Trägermaterial in verschiedenen Bereichen und Fragestellungen der Medizin dar.
Zellwachstum (humane Osteoblasten – grün, Endothelzellen – rot) auf Polysaccharidhydrogelen.
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