@phdthesis{Christ2019,
  author    = {Christ, Bastian},
  title     = {Synthese, Fabrikation und Charakterisierung eines faserf{\"o}rmigen Zelltr{\"a}germaterials auf Basis von Titan-oxo-carboxo-Clustern},
  doi       = {10.25972/OPUS-16201},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-162015},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2019},
  abstract  = {In dieser Arbeit konnten ethanolische Sole aus TEOT und der metabolisierbaren α-Hydroxycarbons{\"a}ure Milchs{\"a}ure (LA) in spinnf{\"a}hige viskose Spinnmassen {\"u}berf{\"u}hrt werden und erstmalig {\"u}ber die Methode des Druckspinnens zu Mikrofasern prozessiert werden. Die hybriden Fasern sind intrinsisch stabil. {\"U}ber FTIR- und 13C-MAS-NMR-Untersuchungen konnte gezeigt werden, dass in der Faser der Koordinationsmodus von LA an Ti sowohl im mono- als auch im bidentaten Modus (Nomenklatur bezogen auf die S{\"a}ureeinheit) vorliegt. Die n{\"a}here Untersuchung des Degradationsverhaltens einer LA-Faser zeigte haupts{\"a}chlich die Freisetzung von Lactat und Ethanol innerhalb weniger Stunden. Danach kann kaum noch ein Massenverlust der Fasern nachgewiesen werden. Vermutlich ist die Degradationsgeschwindigkeit abh{\"a}ngig von der S{\"a}ttigungskonzentration der wasserl{\"o}slichen Titanoxid-Spezies Ti(OH)4 und Ti(O)(OH)2. Die L{\"o}slichkeit dieser Verbindungen betr{\"a}gt ca. 1 µmol/L. Die Freisetzung von Titanverbindungen an das Degradationsmedium konnte {\"u}ber ICP-Messungen und indirekt auch {\"u}ber NMR-Messungen der Degradationsprodukte in L{\"o}sung nachgewiesen werden. Nach ca. einer Woche in L{\"o}sung bildet sich der wasserl{\"o}sliche metallorganische Komplex TiBALDH. Dieser Komplex zeigt keinen negativen Einfluss auf die Umwelt, so dass Zellkulturmedien, die in Kontakt mit den Fasermaterialien getreten sind, in Zukunft nach dem Autoklavieren gefahrlos entsorgt werden k{\"o}nnen. Zudem sollte keines der detektierten Abbauprodukte in den abgegebenen Mengen toxisch auf den humanen Organismus bei in vivo-Anwendungen wirken. Lactat und Ethanol k{\"o}nnen im menschlichen Organismus verstoffwechselt werden. TIBALDH ist dem im menschlichen Serum nachweisbaren Titan(IV)citrat-Komplex strukturell sehr {\"a}hnlich. Aufgrund der Tatsache, dass die Bildung von TiBALDH ca. 1 Woche dauert, ist die vorherige Bildung des Titan(IV)citrat-Komplexes im humanen Organismus wahrscheinlich. Weiterhin konnte das hybride Fasermaterial durch den Zusatz von basischen Stoffen neutralisiert werden und nach Vorkonditionierung der Fasern als nicht zytotoxisch eingestuft werden. Als Gegenionen wurde Ammonium, das biogene Amin Phenethylamin, die Aminos{\"a}ure Phenylalanin und das Biopolymer CHI getestet. F{\"u}r zuk{\"u}nftige Weiterentwicklungen k{\"o}nnen auch basische Wirkstoffe als Gegenionen herangezogen werden. Somit k{\"o}nnte das hybride Zelltr{\"a}germaterial zus{\"a}tzlich eine Drug-Delivery-Funktion erhalten. Die LA-Fasern verhalten sich nach dem Verspinnen sehr flexibel. Bei einer Lagerung bei RT jedoch verspr{\"o}den diese sehr schnell innerhalb von 3 d. Diese Materialeigenschaft wurde im zweiten Teil der Arbeit n{\"a}her untersucht und optimiert. Tempern des Fasermaterials bei 170 °C bewirkte eine Umlagerung der LA-Liganden zu AA-Liganden, aber keine Verbesserung der mechanischen Eigenschaften. Versuche einer getemperten LA-Faser mit CHI als Gegenion zeigte durchwegs positive Eigenschaften in den Zytotoxizit{\"a}tstests und auf deren Oberfl{\"a}che konnten Zellen der Zelllinien L929, 16HBE, HTB94 und MG63 erfolgreich kultiviert werden. Durch die Verwendung anderer metabolisierbarer α Hydroxycarbons{\"a}uren konnten R{\"u}ckschl{\"u}sse auf die chemische Zusammensetzung der Fasern gezogen werden. Die Fasern scheinen aus wenig untereinander vernetzen Titan-oxo-carboxo-Clustern der Summenformel [Ti6O6(OR)6(Carboxylat)6] (mit R = H2+, H, Et oder „Ti6O6(OR)5(Carboxylat)6") zu bestehen. Durch Variation der verwendeten S{\"a}uren konnten die Wechselwirkungen der Cluster untereinander verst{\"a}rkt werden, so dass beispielsweise eine Faser mit MA bedeutend flexiblere Eigenschaften - auch bei einer Lagerung f{\"u}r 3d bei RT aufweist. Des Weiteren konnte durch Lagerung dieser Faser bei 4 °C der Verspr{\"o}dungsprozess f{\"u}r mind. 1 Monat gestoppt werden. Eine Lagerung von Medizinprodukten bei 4 °C stellt in L{\"a}ndern mit ausreichender Infrastruktur kein Problem dar. Aufbauend auf diesen Tatsachen und TGA-MS-Messungen konnte die These aufgestellt werden, dass sich zwischen den wenig untereinander vernetzten Titan-oxo-carboxo-Cluster direkt nach dem Verspinnen noch Wassermolek{\"u}le befinden. Diese Reste an Wasser verleihen - vermutlich aufgrund der Ausbildung von Wasserstoffbr{\"u}ckenbindungen - der Faser flexible Eigenschaften. Bei einer Lagerung bei RT entweichen diese Wasserreste und die Faser verspr{\"o}det; bei einer Lagerung bei 4°C wird das Verdampfen des restlichen Wassers bedeutend verlangsamt. Die Faser mit den flexibelsten Eigenschaften konnte letztendlich durch die Verwendung des zweiz{\"a}hnigen Carboxylat-Liganden MalA erhalten werden. Zusammenfassend konnte in dieser Arbeit ein neuartiges faserf{\"o}rmiges Material auf Basis von Titan-oxo-carboxo-Clustern produziert werden, welches großes Potential besitzt als Zelltr{\"a}germaterial Anwendung zu finden. Aufbauend auf den hier gewonnenen Ergebnissen k{\"o}nnen die mechanischen Eigenschaften weiter optimiert und die Anforderungen des gew{\"u}nschten Zielgewebes feinjustiert werden. Zudem besteht die M{\"o}glichkeit dem Material Drug-Delivery-Eigenschaften zu verleihen. Somit k{\"o}nnte das Scaffold aus Mikrofasern neben den bereits integrierten chemischen und physikalischen Stimuli (die Oberfl{\"a}chenfunktionalit{\"a}ten und die Oberfl{\"a}chentopographie der Fasern) auch durch freigesetzte Wirkstoffe Zellen zur gew{\"u}nschten Differenzierung anregen.},
  subject      = {Scaffold <Biologie>},
  language  = {de}
}