@phdthesis{Witteler2024,
  author    = {Witteler, Charlotte Marie},
  title     = {Untersuchung des zellbiologischen Verhaltens von Fibroblasten in modifizierten Gelatine-Methacrylat basierten Harzen f{\"u}r den volumetrischen Biodruck},
  doi       = {10.25972/OPUS-34946},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-349460},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2024},
  abstract  = {Was vor einigen Jahren undenkbar erschien, k{\"o}nnte zuk{\"u}nftig m{\"o}glich sein: Krankes Gewebe mit Gesundem ersetzen, das in vitro mit modernsten Biofabrikationstechniken hergestellt wird. Dabei werden bisherige Grenzen {\"u}berschritten: W{\"a}hrend lichtbasierte Biodruckverfahren wie die Zwei-Photonen-Polymerisation Aufl{\"o}sungen bis in den Nanometerbereich erzielen, erm{\"o}glicht der Volumetrische Biodruck (VB) den Druck zentimetergroßer Konstrukte in wenigen Sekunden. Diese Geschwindigkeiten erweisen sich unter Biodruckverfahren als konkurrenzlos und werden erreicht, da das Bioharz nicht konsekutiv, sondern zugleich vernetzt wird. Einschr{\"a}nkend gilt bislang nur der Mangel an geeigneten Bioharzen f{\"u}r den VB. Daher besch{\"a}ftigt sich vorliegende Arbeit mit der Charakterisierung und Modifikation eines daf{\"u}r geeigneten Bioharzes: Gelatine-Methacrylat (GelMA). Dank seiner Zusammensetzung {\"a}hnelt das etablierte Hydrogelsystem der Extratrazellularmatrix: Der Gelatine-Anteil erm{\"o}glicht Biokompatibilit{\"a}t und Bioaktivit{\"a}t durch zelladh{\"a}sive sowie degradierbare Aminos{\"a}ure-Sequenzen. Zugleich k{\"o}nnen durch photovernetzbare Methacryloyl-Substituenten Konstrukte mit einer Formstabilit{\"a}t bei 37 °C erzeugt werden. Zun{\"a}chst wurde das Bioharz zellbiologisch charakterisiert, indem mit der embryonalen Mausfibroblasten-Zelllinie NIH-3T3 beladene GelMA-Zylinder gegossen, photopolymerisiert und kultiviert wurden. Im Verlauf einer Woche wurde die Zytokompatibilit{\"a}t der Gele anhand der Proliferationsf{\"a}higkeit (PicoGreen-Assay), des Metabolismus (CCK-8-Assay) und der Vitalit{\"a}t (Live/Dead-Assay) der Zellen beurteilt. Dabei wurden Polymerkonzentrationen von 6 - 8 \% sowie GelMA-Harze zweier verschiedener Molekulargewichte verglichen. Alle hergestellten Gele erwiesen sich als zytokompatibel, 6 \% ige Gele ließen im Inneren jedoch zus{\"a}tzlich eine beginnende Zellspreizung zu und ein niedriges GelMA-Molekulargewicht verst{\"a}rkte die gemessene Proliferation. Die sich anschließende mechanische und physikalische Charakterisierung belegte, dass h{\"o}her konzentrierte Gele einen gr{\"o}ßeren E-Modul aufwiesen und damit steifer waren. Eine Modifikation der Gele mit Fibronektin beeinflusste die Zellvertr{\"a}glichkeit weder positiv noch negativ und die Zugabe von Kollagen war wegen Entmischungseffekten nicht bewertbar. Es liegt die Vermutung nah, dass eine weitere Reduktion der Polymerkonzentration und damit Verringerung der Gelsteifigkeit der Schl{\"u}ssel f{\"u}r mehr Zellspreizung und -wachstum ist. Da jedoch die Druckbarkeit des Bioharzes die weitere Senkung des GelMA-Gehalts limitiert, sollten zun{\"a}chst Methoden entwickelt werden, welche die Netzwerkdichte des GelMAs anderweitig herabsetzen.},
  subject      = {3D Bioprinting},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Meister2022,
  author    = {Meister, Johannes Maximilian},
  title     = {Untersuchung zweier Gewebekleber auf Basis von Fibrinogen und Gelatine zur Knorpeladh{\"a}sion und -integration in einem In vitro Push-out-Modell},
  doi       = {10.25972/OPUS-28007},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-280078},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2022},
  abstract  = {Osteoarthrose ist eine h{\"a}ufige Erkrankung des Menschen, die mit einer deutlichen Morbidit{\"a}t und k{\"o}rperlichen Einschr{\"a}nkungen assoziiert ist. Weil Knorpelgewebe avaskul{\"a}r ist und die Chondrozyten sich in einem postmitotischen Zustand befinden, besitzt Knorpel nur sehr geringes Selbstheilungspotenzial. Es gibt momentan keine effektive Therapie der Arthrose. Obwohl regenerative Ans{\"a}tze mit dem Tissue Engineering von Knorpelgewebe vielversprechende Therapiealternativen darstellen, stellt die mangelnde laterale Integration von Knorpelgewebe ein chronisches Problem dar, das die Implantation von Knorpelkonstrukten vor Schwierigkeiten stellt. Die optimale Integrationsmethode sollte das Gewebe stark verbinden, klinisch schnell und einfach angewendet werden k{\"o}nnen, ein hohes Maß an Biokompatibilit{\"a}t besitzen und außerdem die Gewebereparatur f{\"o}rdern. In dieser Arbeit wurden natives Fibrinogen und unmodifizierte Gelatine in gel{\"o}ster Form mittels einer neuartigen und schnellen Photooxidationsmethode unter Verwendung von Rutheniumkomplexen und Licht aus dem sichtbaren Spektrum zu Klebern vernetzt. Dabei ließ sich feststellen, dass insbesondere der Kleber aus Ruthenium und Gelatine Potenzial besitzt, Einsatz als Bioadh{\"a}sivum im Bereich Tissue Engineering von Knorpelgewebe zu finden. Ausschlaggebend daf{\"u}r ist die Herstellung einer suffizienten Sofortadh{\"a}sion zwischen gegen{\"u}berliegenden Knorpelfl{\"a}chen einerseits, sowie die F{\"o}rderung der Langzeitintegration andererseits, die f{\"u}r eine Stimulierung der Gewebereparatur im echten Knorpeldefekt vielversprechend ist. Weitere Forschung ist jedoch n{\"o}tig, um die Abgrenzung der mechanischen Integration gegen{\"u}ber der Kontrollgruppe besser zu unterstreichen und das Material weiteren Untersuchungen wie einer Analyse des Quellverhaltens zu unterziehen. Schließlich sollte das regenerative Potenzial des Gewebeklebers in in vivo Tiermodellen weiter systematisch untersucht werden. Zudem lieferte diese Arbeit vielversprechende Ergebnisse f{\"u}r den potenziellen Einsatz von RuGel im Bereich hydrogelbasiertes Tissue Engineering.},
  subject      = {Ruthenium},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Schoenwaelder2016,
  author    = {Sch{\"o}nw{\"a}lder, Sina Maria Siglinde},
  title     = {Entwicklung und Charakterisierung von Gelatine-basierten Hydrogelen und PLGA-basierten Janus-Partikeln},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-142636},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2016},
  abstract  = {Zusammenfassung In der Regenerativen Medizin sind polymerbasierte Biomaterialien von großer Bedeutung f{\"u}r die Entwicklung und Anwendung verbesserter bzw. neuer Therapien. Die Erforschung der Oberfl{\"a}cheneigenschaften von Biomaterialien, welche als Implantate eingesetzt werden, ist eine grundlegende Voraussetzung f{\"u}r deren erfolgreichen Einsatz. Die Protein-Oberfl{\"a}chen- Interaktion geschieht initial, sobald ein Implantat mit K{\"o}rperfl{\"u}ssigkeiten oder mit Gewebe in Kontakt kommt, und tr{\"a}gt maßgeblich zur direkten Wechselwirkung von Implantat und umgebenden Zellen bei. Dieser Prozess wird in der vorliegenden Arbeit an Gelatine untersucht. Daher bestand ein Ziel darin, stabile, nanometerd{\"u}nne Gelatineoberfl{\"a}chen herzustellen und darauf die Adsorption von humanen Plasmaproteinen und bakteriellen Proteinen zu analysieren. Die Abscheidung der Gelatinefilme in variabler Schichtdicke auf zuvor mit PPX-Amin modifizierten Oberfl{\"a}chen wurde unter Verwendung eines Rotationsbeschichters durchgef{\"u}hrt. Um stabile Hydrogelfilme zu erhalten, wurden die Amingruppen der disaggregierten Gelatinefibrillen untereinander und mit denen der Amin-Modifizierung durch ein biokompatibles Diisocyanat quervernetzt. Dieser Prozess lieferte einen reproduzierbaren und chemisch stabilen Gelatinefilm, welcher durch die substratunabh{\"a}ngige Amin-Modifizierung kovalent auf unterschiedlichste Oberfl{\"a}chen aufgebracht werden konnte. Die durch den Herstellungsprozess pr{\"a}zise eingestellte Schichtdicke (Nano- bzw. Mikrometermaßstab) wurde mittels Ellipsometrie und Rasterkraftmikroskopie ermittelt. Die ebenso bestimmte Rauheit war unabh{\"a}ngig von der Schichtdicke sehr gering. Gelatinefilme, die auf funktionalisierte und strukturierte Proben aufgebracht wurden, konnten durch Elektronenmikroskopie dargestellt werden. Mit Hilfe der Infrarot-Reflexions-Absorptions-Spektroskopie wurden die Gelatinefilme im Hinblick auf ihre Stabilit{\"a}t chemisch charakterisiert. Zur Quantifizierung der Adsorption humaner Plasmaproteine (Einzelproteinl{\"o}sungen) und komplexer Proteingemische aus steril filtrierten Kultur{\"u}berst{\"a}nden des humanpathogenen Bakteriums Pseudomonas aeruginosa wurde die Quarzkristall-Mikrowaage mit Dissipations{\"u}berwachung eingesetzt. Hiermit konnte nicht nur die adsorbierte Menge an Proteinen auf dem Gelatinehydrogel bzw. Referenzoberfl{\"a}chen (Gold, PPX-Amin, Titan), sondern auch die viskoelastischen Eigenschaften des adsorbierten Proteinfilms bestimmt werden. Allgemein adsorbierte auf dem Gelatinehydrogel eine geringere Proteinmasse im Vergleich zu den Referenzoberfl{\"a}chen. Circa ein Viertel der adsorbierten Proteine migrierte in die Poren des gequollenen Gels und ver{\"a}nderte dessen viskoelastische Eigenschaften. Durch anschließende MALDI-ToF/MS- und MS/MS-Analyse konnten die bakteriellen Proteine auf den untersuchten Oberfl{\"a}chen identifiziert und untereinander verglichen werden. Hierbei zeigten sich nur geringf{\"u}gige Unterschiede in der Proteinzusammensetzung. Zudem wurde eine Sekund{\"a}rionenmassenspektrometrie mit Flugzeitanalyse an reinen Gelatinefilmen und an mit humanen Plasmaproteinen beladenen Gelatinefilmen durchgef{\"u}hrt. Durch eine anschließende multivariante Datenanalyse konnte zwischen den untersuchten Proben eindeutig differenziert werden. Dieser Ansatz erm{\"o}glicht es, die Adsorption von unterschiedlichen Proteinen auf proteinbasierten Oberfl{\"a}chen markierungsfrei zu untersuchen und kann zur Aufkl{\"a}rung der in vivo-Situation beitragen. Dar{\"u}ber hinaus bietet dieser Untersuchungsansatz neue Perspektiven f{\"u}r die Gestaltung und das schnelle und effiziente Screening von unterschiedlichen Proteinzusammensetzungen. Biomaterialien k{\"o}nnen jedoch nicht nur als Implantate oder Implantatbeschichtungen eingesetzt werden. Im Bereich des drug delivery und der Depotarzneimittel sind biologisch abbaubare Polymere, aufgrund ihrer variablen Eigenschaften, von großem Interesse. Die Behandlung von bakteriellen und fungalen Pneumonien stellt insbesondere bei Menschen mit Vorerkrankungen wie Cystische Fibrose oder prim{\"a}re Ziliendyskinesie eine große Herausforderung dar. Oral oder intraven{\"o}s applizierte Wirkstoffe erreichen die Erreger aufgrund der erh{\"o}hten Z{\"a}higkeit des Bronchialsekretes oft nicht in ausreichender Konzentration. Daher besteht ein weiteres Ziel der vorliegenden Arbeit darin, mittels electrohydrodynamic cojetting mikrometergroße, inhalierbare, wirkstoffbeladene Partikel mit zwei Kompartimenten (Janus-Partikel) herzustellen und deren Eignung f{\"u}r die therapeutische Anwendung bei Lungeninfektionen zu untersuchen. Durch das in dieser Arbeit entwickelte L{\"o}sungsmittelsystem k{\"o}nnen Janus-Partikel aus biologisch abbaubaren Co-Polymeren der Polymilchs{\"a}ure (Poly(lactid-co-glycolid), PLGA) hergestellt und mit verschiedenen Wirkstoffen beladen werden. Darunter befinden sich ein Antibiotikum (Aztreonam, AZT), ein Antimykotikum (Itraconazol, ICZ), ein Mukolytikum (Acetylcystein, ACC) und ein Antiphlogistikum (Ibuprofen, IBU). Die Freisetzung der eingelagerten Wirkstoffe, mit Ausnahme von ICZ, konnte unter physiologischen Bedingungen mittels Dialyse und anschließender Hochleistungsfl{\"u}ssigkeitschromatographie gemessen werden. Die Freisetzungsrate wird von der Kettenl{\"a}nge des Polymers beeinflusst, wobei eine k{\"u}rzere Kettenl{\"a}nge zu einer schnelleren Freisetzung f{\"u}hrt. Das in die Partikel eingelagerte Antimykotikum zeigte in vitro eine gute Wirksamkeit gegen Aspergillus nidulans. Durch das Einlagern von ICZ in die Partikel ist es m{\"o}glich diesen schlecht wasserl{\"o}slichen Wirkstoff in eine f{\"u}r Patienten zug{\"a}ngliche und wirksame Applikationsform zu bringen. In Interaktion mit P. aeruginosa erzielten die mit Antibiotikum beladenen Partikel in vitro bessere Ergebnisse als der Wirkstoff in L{\"o}sung, was sich in einem in vivo-Infektionsmodell mit der Wachsmotte Galleria mellonella best{\"a}tigte. AZT-beladene Partikel hatten gegen{\"u}ber einer identischen Wirkstoffmenge in L{\"o}sung eine 27,5\% bessere {\"U}berlebensrate der Wachsmotten zur Folge. Des Weiteren hatten die Partikel keinen messbaren negativen Einfluss auf die Wachsmotten. Dreidimensionale Atemwegsschleimhautmodelle, hergestellt mit Methoden des Tissue Engineerings, bildeten die Basis f{\"u}r Untersuchungen der Partikel in Interaktion mit humanen Atemwegszellen. Die Untersuchung von Apoptose- und Entz{\"u}ndungsmarkern im {\"U}berstand der 3D-Modelle zeigte diesbez{\"u}glich keinen negativen Einfluss der Partikel auf die humanen Zellen. Diese gut charakterisierten und standardisierten in vitro-Testsysteme machen es m{\"o}glich, Medikamentenuntersuchungen an menschlichen Zellen durchzuf{\"u}hren. Hinsichtlich der histologischen Architektur und funktionellen Eigenschaften der 3D-Modelle konnte eine hohe in vitro-/in vivo-Korrelation zu menschlichem Gewebe festgestellt werden. Humane Mucine auf den 3D-Modellen dienten zur Untersuchung der schleiml{\"o}senden Wirkung von ACC-beladenen Partikeln. Standen diese in r{\"a}umlichem Kontakt zu den Mucinen, wurde deren Z{\"a}higkeit durch das freigesetzte ACC herabgesetzt, was qualitativ mittels histologischen Methoden best{\"a}tigt werden konnte. Die in dieser Arbeit entwickelten Herstellungsprotokolle dienen als Grundlage und k{\"o}nnen f{\"u}r die Synthese {\"a}hnlicher Systeme, basierend auf anderen Polymeren und Wirkstoffen, modifiziert werden. Gelatine und PLGA erwiesen sich als vielseitig einsetzbare Werkstoffe und bieten eine breite Anwendungsvielfalt in der Regenerativen Medizin, was die erzielten Resultate bekr{\"a}ftigen.},
  subject      = {Gelatine},
  language  = {de}
}