TY - THES A1 - Nadolinski, Annemarie T1 - Einfluss des extrusionsbasierten 3D-Drucks von Einzelzellen und Sphäroiden in Alginat-Gelatine-Hydrogelen auf die chondrogene Differenzierung humaner mesenchymaler Stromazellen T1 - Impact of extrusion-based 3D printing of single cells and spheroids in alginate-gelatin hydrogels on chondrogenic differentiation of human mesenchymal stromal cells N2 - Knorpeldefekte gelten in der Medizin als besonders schwierig zu beheben, da das avaskuläre und aneurale hyaline Knorpelgewebe nur über sehr begrenzte Selbstheilungskräfte verfügt. Die Entwicklung neuer klinischer Therapien für eine erfolgreiche Regeneration bis hin zum vollständigen Ersatz von beschädigtem oder erkranktem Knorpel stellt daher das Ziel umfangreicher Forschung dar. Darüber hinaus zeichnet sich Knorpel durch eine organisierte, zonale Zell-Matrix-Verteilung und -Dichte aus, die möglichst naturgetreu nachgebildet werden muss, um einen adäquaten Gelenkknorpelersatz zu schaffen. Das dreidimensionale Bioprinting von humanen mesenchymalen Stromazellen (hMSCs) in Hydrogelen ist hierbei ein vielversprechender Ansatz. Es sind jedoch umfangreiche Studien erforderlich, um herauszufinden, wie 3D-Stammzellkonstrukte mit unterschiedlichen Zelldichten und Zell-Zell-Wechselwirkungen in einer gedruckten Hydrogel Matrix interagieren. Deshalb wurde in dieser Arbeit untersucht, ob die mesenchymalen Stromazellen in Form von Einzelzellen oder Sphäroiden durch das Extrusionsdruckverfahren in ihrer Proliferationsfähigkeit und ihrem chondrogenen Differenzierungspotential beeinträchtigt werden. Hierfür wurden in dieser Arbeit sowohl das Zellüberleben als auch Proliferations- und Differenzierungsmarker in gedruckten und nicht gedruckten Proben mit Einzelzellkonzentrationen von 2-20 Millionen Zellen sowie bei Sphäroiden mit ca 4000 Zellen/Sphäroid untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass das extrusionsbasierte Druckverfahren keine negativen Auswirkungen auf die Überlebensfähigkeit und die Proliferation der hMSCs hat. Zum Nachweis der chondrogenen Differenzierung wurden mehrere Experimente durchgeführt. Durch die Expression von Typ-II-Kollagen und Aggrecan sowie durch die Quantifizierung von GAG welches zu einem großen Teil in der ECM von Knorpelgewebe zu finden ist, konnte bestätigt werden, dass die mesenchymalen Stromazellen durch den Druckprozess ihr chondrogenes Differenzierungspotential nicht einbüßen. Die beim 3D-Bioprinting auftretenden Scherkräfte scheinen die in-vitro Chondrogenese sogar ohne chemische Stimulation durch TGF-β1 anzustoßen. Außerdem zeigten die Sphäroidgruppen ein höheres chondrogenes Differenzierungspotential als die Einzelzellgruppen. Um dies im Zusammenhang mit dem 3D Extrusionsdruckverfahren zu bestätigen, erscheint es sinnvoll, weitere Versuche mit noch höheren Zellkonzentrationen in Form von Sphäroiden durchzuführen. Zusammenfassend zeigte sich in dieser Arbeit, dass das extrusionsbasierte Druckverfahren in Alginat/Gelatine Hydrogelen keine Zellschädigung verursacht und weder die chondrogene Differenzierung von Einzelzellen noch von Sphäroiden beeinträchtigt. N2 - Cartilage defects are considered particularly difficult to repair in medicine, since avascular and aneural hyaline cartilage tissue has only very limited self-healing capabilities. The development of new clinical therapies for successful regeneration to complete replacement of damaged or diseased cartilage therefore represents the goal of extensive research. In addition, cartilage is characterized by an organized, zonal cell-matrix distribution and density that must be replicated as closely as possible to nature in order to create an adequate articular cartilage replacement. Three-dimensional bioprinting of human mesenchymal stromal cells (hMSCs) in hydrogels is a promising approach in this regard. However, extensive studies are needed to determine how 3D stem cell constructs interact with different cell densities and cell-cell interactions in a printed hydrogel matrix. Therefore, this work investigated whether the mesenchymal stromal cells in the form of single cells or spheroids are affected in their proliferative capacity and chondrogenic differentiation potential by the extrusion printing process. For this purpose, cell survival as well as proliferation and differentiation markers were investigated in this work in printed and non-printed samples with single cell concentrations of 2-20 million cells and in spheroids with approximately 4000 cells/spheroid. It was shown that the extrusion-based printing process had no negative effects on the survival and proliferation of hMSCs. Several experiments were performed to demonstrate chondrogenic differentiation. By expressing type II collagen and aggrecan and quantifying GAG which is largely found in the ECM of cartilage tissue, it was confirmed that the mesenchymal stromal cells do not lose their chondrogenic differentiation potential by the printing process. The shear forces involved in 3D bioprinting appear to trigger in vitro chondrogenesis even without chemical stimulation by TGF-β1. In addition, the spheroid groups showed a higher chondrogenic differentiation potential than the single cell groups. To confirm this in the context of the 3D extrusion printing process, it seems reasonable to perform further experiments with even higher cell concentrations in the form of spheroids. In summary, this work showed that the extrusion-based printing process in alginate/gelatin hydrogels does not cause cell damage and does not affect the chondrogenic differentiation of either single cells or spheroids. KW - Tissue Engineering KW - Bioprinting KW - Mesenchymale Stromazellen Y1 - 2022 UR - https://opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de/frontdoor/index/index/docId/28047 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:bvb:20-opus-280472 ER -