TY - JOUR A1 - Han, Chao A1 - Ren, Pengxuan A1 - Mamtimin, Medina A1 - Kruk, Linus A1 - Sarukhanyan, Edita A1 - Li, Chenyu A1 - Anders, Hans-Joachim A1 - Dandekar, Thomas A1 - Krueger, Irena A1 - Elvers, Margitta A1 - Goebel, Silvia A1 - Adler, Kristin A1 - Münch, Götz A1 - Gudermann, Thomas A1 - Braun, Attila A1 - Mammadova-Bach, Elmina T1 - Minimal collagen-binding epitope of glycoprotein VI in human and mouse platelets JF - Biomedicines N2 - Glycoprotein VI (GPVI) is a platelet-specific receptor for collagen and fibrin, regulating important platelet functions such as platelet adhesion and thrombus growth. Although the blockade of GPVI function is widely recognized as a potent anti-thrombotic approach, there are limited studies focused on site-specific targeting of GPVI. Using computational modeling and bioinformatics, we analyzed collagen- and CRP-binding surfaces of GPVI monomers and dimers, and compared the interacting surfaces with other mammalian GPVI isoforms. We could predict a minimal collagen-binding epitope of GPVI dimer and designed an EA-20 antibody that recognizes a linear epitope of this surface. Using platelets and whole blood samples donated from wild-type and humanized GPVI transgenic mice and also humans, our experimental results show that the EA-20 antibody inhibits platelet adhesion and aggregation in response to collagen and CRP, but not to fibrin. The EA-20 antibody also prevents thrombus formation in whole blood, on the collagen-coated surface, in arterial flow conditions. We also show that EA-20 does not influence GPVI clustering or receptor shedding. Therefore, we propose that blockade of this minimal collagen-binding epitope of GPVI with the EA-20 antibody could represent a new anti-thrombotic approach by inhibiting specific interactions between GPVI and the collagen matrix. KW - GPVI KW - collagen KW - blood platelets KW - thrombosis KW - anti-thrombotic therapies Y1 - 2023 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-304148 SN - 2227-9059 VL - 11 IS - 2 ER - TY - JOUR A1 - Ramírez-Rodríguez, Gloria Belén A1 - Pereira, Ana Rita A1 - Herrmann, Marietta A1 - Hansmann, Jan A1 - Delgado-López, José Manuel A1 - Sprio, Simone A1 - Tampieri, Anna A1 - Sandri, Monica T1 - Biomimetic mineralization promotes viability and differentiation of human mesenchymal stem cells in a perfusion bioreactor JF - International Journal of Molecular Sciences N2 - In bone tissue engineering, the design of 3D systems capable of recreating composition, architecture and micromechanical environment of the native extracellular matrix (ECM) is still a challenge. While perfusion bioreactors have been proposed as potential tool to apply biomechanical stimuli, its use has been limited to a low number of biomaterials. In this work, we propose the culture of human mesenchymal stem cells (hMSC) in biomimetic mineralized recombinant collagen scaffolds with a perfusion bioreactor to simultaneously provide biochemical and biophysical cues guiding stem cell fate. The scaffolds were fabricated by mineralization of recombinant collagen in the presence of magnesium (RCP.MgAp). The organic matrix was homogeneously mineralized with apatite nanocrystals, similar in composition to those found in bone. X-Ray microtomography images revealed isotropic porous structure with optimum porosity for cell ingrowth. In fact, an optimal cell repopulation through the entire scaffolds was obtained after 1 day of dynamic seeding in the bioreactor. Remarkably, RCP.MgAp scaffolds exhibited higher cell viability and a clear trend of up-regulation of osteogenic genes than control (non-mineralized) scaffolds. Results demonstrate the potential of the combination of biomimetic mineralization of recombinant collagen in presence of magnesium and dynamic culture of hMSC as a promising strategy to closely mimic bone ECM. KW - scaffold KW - perfusion bioreactor KW - collagen KW - apatite nanoparticles KW - magnesium KW - human mesenchymal stem cell KW - osteogenesis Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-285804 SN - 1422-0067 VL - 22 IS - 3 ER - TY - JOUR A1 - Jockel-Schneider, Yvonne A1 - Stoelzel, Peggy A1 - Hess, Jeanine A1 - Haubitz, Imme A1 - Fickl, Stefan A1 - Schlagenhauf, Ulrich T1 - Impact of a specific collagen peptide food supplement on periodontal inflammation in aftercare patients — a randomised controlled trial JF - Nutrients N2 - Background: This controlled clinical trial evaluated the impact of a specific collagen peptide food supplement on parameters of periodontal inflammation in aftercare patients. Methods: A total of 39 study patients were enrolled. At baseline, bleeding on probing (BoP; primary outcome), gingival index (GI), plaque control record (PCR), recession (REC) and probing pocket depth (PPD) for the calculation of the periodontal inflamed surface area (PISA) were documented. After subsequent professional mechanical plaque removal (PMPR), participants were randomly provided with a supply of sachets containing either a specific collagen peptide preparation (test group; n = 20) or a placebo (placebo group; n = 19) to be consumed dissolved in liquid once daily until reevaluation at day 90. Results: PMPR supplemented with the consumption of the specific collagen peptides resulted in a significantly lower mean percentage of persisting BoP-positive sites than PMPR plus placebo (test: 10.4% baseline vs. 3.0% reevaluation; placebo: 14.2% baseline vs. 9.4% reevaluation; effect size: 0.86). Mean PISA and GI values were also reduced compared to baseline, with a significant difference in favor of the test group (PISA test: 170.6 mm\(^2\) baseline vs. 53.7 mm\(^2\) reevaluation; PISA placebo: 229.4 mm\(^2\) baseline vs. 184.3 mm\(^2\) reevaluation; GI test: 0.5 baseline vs. 0.1 reevaluation; GI placebo: 0.4 baseline vs. 0.3 reevaluation). PCR was also significantly decreased in both experimental groups at revaluation, but the difference between the groups did not reach the level of significance. Conclusions: The supplementary intake of specific collagen peptides may further enhance the anti-inflammatory effect of PMPR in periodontal recall patients. KW - collagen KW - peptide fragment KW - bleeding on probing KW - gingival KW - food supplement KW - periodontitis KW - gingivitis Y1 - 2022 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-290471 SN - 2072-6643 VL - 14 IS - 21 ER - TY - THES A1 - Stuckensen, Kai T1 - Fabrication of hierarchical cell carrier matrices for tissue regeneration by directional solidification T1 - Herstellung hierarchischer Zellträger-Matrices zur Geweberegeneration mittels gerichteter Erstarrung N2 - The key hypothesis of this work represented the question, if mimicking the zonal composition and structural porosity of musculoskeletal tissues influences invading cells positively and leads to advantageous results for tissue engineering. Conventional approaches in tissue engineering are limited in producing monolithic “scaffolds” that provide locally variating biological key signals and pore architectures, imitating the alignment of collagenous fibres in bone and cartilage tissues, respectively. In order to fill this gap in available tissue engineering strategies, a new fabrication technique was evolved for the production of scaffolds to validate the hypothesis. Therefore, a new solidification based platform procedure was developed. This process comprises the directional solidification of multiple flowable precursors that are “cryostructured” to prepare a controlled anisotropic pore structure. Porous scaffolds are attained through ice crystal removal by lyophilisation. Optionally, electrostatic spinning of polymers may be applied to provide an external mesh on top or around the scaffolds. A consolidation step generates monolithic matrices from multi zonal structures. To serve as matrix for tissue engineering approaches or direct implantation as medical device, the scaffold is sterilized. An Adjustable Cryostructuring Device (ACD) was successively developed; individual parts were conceptualized by computer aided design (CAD) and assembled. During optimisation, a significant performance improvement of the ACDs accessible external temperature gradient was achieved, from (1.3 ± 0.1) K/mm to (9.0 ± 0.1) K/mm. Additionally, four different configurations of the device were made available that enabled the directional solidification of collagenous precursors in a highly controlled manner with various sample sizes and shapes. By using alginate as a model substance the process was systematically evaluated. Cryostructuring diagraphs were analysed yielding solidification parameters, which were associated to pore sizes and alignments that were determined by image processing. Thereby, a precise control over pore size and alignment through electrical regulation of the ACD could be demonstrated. To obtain tissue mimetic scaffolds for the musculoskeletal system, collagens and calcium phosphates had to be prepared to serve as raw materials. Extraction and purification protocols were established to generate collagen I and collagen II, while the calcium phosphates brushite and hydroxyapatite were produced by precipitation reactions. Besides the successive augmentation of the ACD also an optimization of the processing steps was crucial. Firstly, the concentrations and the individual behaviour of respective precursor components had to be screened. Together with the insights gained by videographic examination of solidifying collagen solutions, essential knowledge was gained that facilitated the production of more complex scaffolds. Phenomena of ice crystal growth during cryostructuring were discussed. By evolutionary steps, a cryostructuring of multi-layered precursors with consecutive anisotropic pores could be achieved and successfully transferred from alginate to collagenous precursors. Finally, very smooth interfaces that were hardly detectable by scanning electron microscopy (SEM) could be attained. For the used collagenous systems, a dependency relation between adjustable processing parameters and different resulting solidification morphologies was created. Dehydrothermal-, diisocyanate-, and carbodiimide- based cross linking methods were evaluated, whereby the “zero length” cross linking by carbodiimide was found to be most suitable. Afterwards, a formulation for the cross linking solution was elaborated, which generated favourable outcomes by application inside a reduced pressure apparatus. As a consequence, a pore collapse during wet chemical cross linking could be avoided. Complex monolithic scaffolds featuring continuous pores were fabricated that mimicked structure and respective composition of different areas of native tissues by the presence of biochemical key stimulants. At first, three types of bone scaffolds were produced from collagen I and hydroxyapatite with appropriate sizes to fit critical sized defects in rat femurs. They either featured an isotropic or anisotropic porosity and partly also contained glycosaminoglycans (GAGs). Furthermore, meniscus scaffolds were prepared by processing two precursors with biomimetic contents of collagen I, collagen II and GAGs. Here, the pore structures were created under boundary conditions, which allowed an ice crystal growth that was nearly orthogonal to the external temperature gradient. Thereby, the preferential alignment of collagen fibres in the natural meniscus tissue could be mimicked. Those scaffolds owned appropriate sizes for cell culture in well plates or even an authentic meniscus shape and size. Finally, osteochondral scaffolds, sized to either fit well plates or perfusion reactors for cell culture, were fabricated to mimic the composition of subchondral bone and different cartilage zones. Collagen I and the resorbable calcium phosphate brushite were used for the subchondral zone, whereas the cartilage zones were composed out of collagen I, collagen II and tissue mimetic contents of GAGs. The pore structure corresponded to the one that is dominating the volume of natural osteochondral tissue. Energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX) and SEM were used to analyse the composition and pore structure of the individual scaffold zones, respectively. The cross section pore diameters were determined to (65 ± 25) µm, (88 ± 35) µm and(93 ± 42) µm for the anisotropic, the isotropic and GAG containing isotropic bone scaffolds. Furthermore, the meniscus scaffolds showed pore diameters of (93 ± 21) µm in the inner meniscus zone and (248 ± 63) µm inside the outer meniscus zone. Pore sizes of (82 ± 25) µm, (83 ± 29) µm and (85 ± 39) µm were present inside the subchondral, the lower chondral and the upper chondral zone of osteochondral scaffolds. Depending on the fabrication parameters, the respective scaffold zones were also found to feature a specific micro- and nanostructure at their inner surfaces. Degradation studies were carried out under physiological conditions and resulted in a mean mass loss of (0.52 ± 0.13) %, (1.56 ± 0.10) % and (0.80 ± 0.10) % per day for bone, meniscus and osteochondral scaffolds, respectively. Rheological measurements were used to determine the viscosity changes upon cooling of different precursors. Micro computer tomography (µ-CT) investigations were applied to characterize the 3D microstructure of osteochondral scaffolds. To obtain an osteochondral scaffold with four zones of tissue mimetic microstructure alignment, a poly (D, L-lactide-co-glycolide) mesh was deposited on the upper chondral zone by electrostatic spinning. In case of the bone scaffolds, the retention / release capacity of bone morphogenetic protein 2 (BMP-2) was evaluated by an enzyme linked immunosorbent assay (ELISA). Due to the high presence of attractive BMP binding sites, only less than 0.1 % of the initially loaded cytokine was released. The suitability of combining the cryostructuring process with 3D powder printed calcium phosphate substrates was evaluated with osteochondral scaffolds, but did not appear to yield more preferable results than the non-combined approach. A new custom build confined compression setup was elaborated together with a suitable evaluation procedure for the mechanical characterisation under physiological conditions. For bone and cartilage scaffolds, apparent elastic moduli of (37.6 ± 6.9) kPa and (3.14 ± 0.85) kPa were measured. A similar behaviour of the scaffolds to natural cartilage and bone tissue was demonstrated in terms of elastic energy storage. Under physiological frequencies, less than 1.0 % and 0.8 % of the exerted energy was lost for bone and cartilage scaffolds, respectively. With average relaxation times of (0.613 ± 0.040) sec and (0.815 ± 0.077) sec, measured for the cartilage and bone scaffolds, they respond four orders of magnitude faster than the native tissues. Additionally, all kinds of produced scaffolds were able to withstand cyclic compression at un-physiological frequencies as high as 20 Hz without a loss in structural integrity. With the presented new method, scaffolds could be fabricated whose extent in mimicking of native tissues exceeded the one of scaffolds producible by state of the art methods. This allowed a testing of the key hypothesis: The biological evaluation of an anisotropic pore structure in vivo revealed a higher functionality of immigrated cells and led finally to advantageous healing outcomes. Moreover, the mimicking of local compositions in combination with a consecutive anisotropic porosity that approaches native tissue structures could be demonstrated to induce zone specific matrix remodelling in stem cells in vitro. Additionally, clues for a zone specific chondrogenic stem cell differentiation were attained without the supplementation of growth factors. Thereby, the hypothesis that an increased approximation of the hierarchically compositional and structurally anisotropic properties of musculoskeletal tissues would lead to an improved cellular response and a better healing quality, could be confirmed. With a special focus on cell free in situ tissue engineering approaches, the insights gained within this thesis may be directly transferred to clinical regenerative therapies. N2 - Die Schlüsselhypothese dieser Arbeit bestand darin zu überprüfen, ob eine Nachahmung der zonalen Zusammensetzungen und Porenstruktur muskulo-skelettaler Gewebe einwandernde Zellen beeinflusst und zu vorteilhafteren Ergebnissen im Tissue Engineering führt. Obwohl bereits zahlreiche konventionelle Ansätze existieren, so sind diese in ihrem Vermögen spezielle Zellträgermatrices („Scaffolds“) herzustellen limitiert. Insbesondere können dabei lokal variierende biologische Schlüsselreize nicht mit einer Porenstruktur, welche die Ausrichtung der Kollagenfasern in Knochen- und Knorpelgeweben imitiert, kombiniert werden. Um diese Lücke in den verfügbaren Tissue Engineering Strategien zu schließen, wurde ein neues Verfahren entwickelt. Dieses erlaubte die Herstellung monolithischer Scaffolds, welche eine Validierung der Hypothese ermöglichten. Das neue Plattform-Verfahren basiert auf der gerichteten Erstarrung mehrerer fließfähiger Vorstufen, um somit eine kontrollierte anisotrope Porenstruktur vorzubereiten. Ein Entfernen der erstarrten Lösungsmittel durch Lyophilisation führt zu porösen Scaffolds. Optional besteht die Möglichkeit, Polymere mittels elektrostatischem Verspinnen als umhüllendes Vlies zu inkorporieren. Nach einem Vernetzungsschritt resultieren monolithische Matrices, bestehend aus mehreren Zonen mit unterschiedlichen Zusammensetzungen. Vor einer Verwendung als Tissue Engineering Matrix oder implantierbares Medizinprodukt erfolgt eine Sterilisation. Hierfür wurde ein “Adjustable Cryostructuring Device“ (ACD) entwickelt, einzelne Bauteile mit Computer Aided Design entworfen und zu einer Apparatur montiert. Die Optimierung der Anlage ermöglichte eine signifikante Erhöhung des verfügbaren externen Temperaturgradienten von (1.3 ± 0.1) K/mm auf (9.0 ± 0.1) K/mm. Außerdem erlauben vier unterschiedliche Konfigurationen des ACD die gerichtete Erstarrung von kollagenen Vorstufen in einer besonders kontrollierten Art und Weise bei einer Vielzahl an Probengrößen und Formen. Die systematische Evaluation des Prozesses erfolgte mit Alginat als Modell-Substanz. Aus den zeitlichen Verläufen der Gefrierstrukturierung resultierten Erstarrungsparameter, die mittels Bildverarbeitung den entstandenen Porengrößen und -ausrichtungen zugeordnet wurden. Dies demonstrierte eine präzise Kontrolle der Ergebnisse durch elektrische Ansteuerung der ACD. Zur Erzeugung von Rohmaterialien war eine Etablierung von Extraktions- und Aufreinigungsprotokollen für Kollagen I und Kollagen II notwendig, während eine Herstellung der Calciumphosphate Bruschit und Hydroxylapatit mittels Präzipitations-Reaktionen verlief. Neben der sukzessiven Verbesserung des ACD, stellte auch die Optimierung einzelner Prozessschritte wichtige Aspekte dar. Die Untersuchung und Diskussion des Verhaltens einzelner Vorstufenkomponenten sowie der Erstarrungs-phänomene von Kollagenlösungen führte zu einem Verständnis welches die Produktion von komplexeren Scaffolds zuließ. Somit war es auch möglich eine Abhängigkeitsrelation der einstellbaren Prozessparameter zu den resultierenden Erstarrungsmorphologien der verwendeten Kollagensysteme abzuleiten. Die Gefrierstrukturierung von mehreren Lagen unterschiedlicher Vorstufen konnte erfolgreich von Alginat- auf Kollagenvorstufen transferiert werden. Nach einer Optimierung der jeweiligen Grenzflächenübergänge, waren diese selbst mittels Rasterelektronenmikroskopie kaum noch zu erkennen. Eine Evaluierung von dehydrothermal-, diisocyanat- und carbodiimid- basierten Quervernetzungs-methoden zeigte die vorteilhaftesten Ergebnisse für die Vernetzung durch Carbodiimide. Zusätzlich wurde eine Zusammensetzung der Vernetzungslösung ermittelt, welche beim Einsatz in einer Unterdruckapparatur einen Porenstrukturkollaps durch nasschemische Vernetzung vermeidet. Eine erweiterte Kontrolle der Gefrierprozesse erlaubte es Struktur und Zusammensetzung verschiedener Zonen nativer Gewebe durch eine monolithische Zellträgermatrix mit durchgängiger Porenstruktur und biochemischen Schlüsselreizen nachzuahmen. Zuerst wurden drei Arten von Knochenscaffolds aus Kollagen I und Hydroxylapatit hergestellt, die Defekten kritischer Größe in Rattenoberschenkel-knochen entsprachen. Diese zeichneten sich durch eine isotrope oder eine anisotrope Porenstruktur aus und enthielten teilweise Glycosaminoglycane (GAGs). Weiterhin erfolgte die Produktion von Meniskusscaffolds aus zwei Vorstufen mit biomimetischen Anteilen an Kollagen I, Kollagen II und GAGs. Dabei verlief die Gefrierstrukturierung unter Grenzbedingungen, welche ein nahezu senkrechtes Eiskristallwachstum zu dem äußeren Temperaturgradienten erlaubten. Somit konnte der bevorzugte Verlauf von Kollagenfasern in nativem Meniskusgewebe nachgeahmt werden. Die Scaffolds waren entweder passend für „Well Plates“ der Zellkultur bemaßt oder besaßen sogar Form und Größe von authentischen Menisken. Zuletzt wurden osteochondrale Scaffolds hergestellt, deren Zusammensetzung den jeweiligen Bereichen von Subchondralzone und verschiedenen Gelenkknorpelzonen entsprach. Kollagen I und die bioresorbierbare Calciumphosphatphase Bruschit fanden Verwendung in der Subchondralzone, während die Knorpelzonen aus Kollagen I, Kollagen II und entsprechenden biomimetischen Anteilen an GAGs bestanden. Außerdem bildete die Scaffoldporenstruktur die Volumendominierende in natürlichem Osteochondralgewebe nach, wobei die Dimensionierungen der Scaffolds Well Plates oder Perfusionsreaktoren der Zellkultur angepasst waren. Mittels energiedispersiver Röntgenspektroskopie und Rasterelektronenmikroskopie erfolgte die Analyse von Zusammensetzung und Porenstruktur der jeweiligen Scaffoldzonen. Die Größe der Porenquerschnitte betrug (65 ± 25) µm, (88 ± 35) µm und (93 ± 42) µm für die anisotropen, die isotropen und die GAG-haltigen isotropen Knochenscaffolds. Die Meniskusscaffolds besaßen Porendurchmesser von (93 ± 21) µm in der inneren Meniskuszone und (248 ± 63) µm innerhalb der äußeren Meniskuszone. Im Falle der osteochondralen Scaffolds wurden Porengrößen von (82 ± 25) µm, (83 ± 29) µm und (85 ± 39) µm in der subchondralen, der unteren chondralen und der oberen chondralen Zone gemessen. In Abhängigkeit von den Prozessparametern zeigten die inneren Oberflächen der jeweiligen Scaffoldzonen eine spezifische Mikro- und Nanostruktur. Eine Prüfung des Degradationsverhaltens unter physiologischen Bedingungen ergab einen mittleren Massenverlust von (0.52 ± 0.13) %, (1.56 ± 0.10) % und (0.80 ± 0.10) % pro Tag für die Knochen-, Meniskus- und osteochondralen Scaffolds. Die Untersuchung der Viskositätsveränderungen während der Abkühlung unterschiedlicher Vorstufen geschah mit rheologischen Messungen. Weiterhin wurde die 3D Mikrostruktur von osteochondralen Matrices mit Mikro Computer Tomographie charakterisiert. Um einen osteochondralen Scaffold mit vier Zonen gewebeähnlich ausgerichteter Mikrostruktur zu erhalten, konnte die Scaffoldoberfläche durch ein elektroversponnenes Poly (D, L-Lactid-co-Glycolid) Vlies modifiziert werden. Ein „enzyme linked immunosorbent assay“ (ELISA) diente zur Evaluation des Rückhalte- bzw. Freisetzungsverhaltens von „bone morphogenetic protein 2“ (BMP-2) in Knochenscaffolds. Bedingt durch die hohe Präsenz von attraktiven BMP Bindungsstellen betrug die freigesetzte Menge des initial beladenen Zytokins nur weniger als 0.1 %. Die Eignung einer Kombination des Gefrierstrukturierungsprozesses mit 3D gedruckten Calciumphosphatsubstraten wurde anhand von osteochondralen Scaffolds überprüft, aber zeigte keine vorteilhafteren Resultate als die nicht kombinierte Vorgehensweise. Für die mechanische Charakterisierung unter physiologischen Bedingungen konnte ein neues Test-Setup mitsamt Auswertungsverfahren entwickelt werden. Die gemessenen Elastizitätsmoduln betrugen (37.6 ± 6.9) kPa für Knochen- und (3.14 ± 0.85) kPa für Knorpelscaffolds. Da unter physiologischen Frequenzen nur weniger als 1.0 % der eingebrachten Energie verloren ging, entsprach die Fähigkeit der Zellträgermatrices zur elastischen Energiespeicherung dem von natürlichem Knochen- und Knorpelgewebe. Bei mittleren Relaxationszeiten von (0.613 ± 0.040) sec und (0.815 ± 0.077) sec für Knorpel- und Knochenscaffolds reagieren diese vier Größenordnungen schneller als die nativen Gewebe. Außerdem waren alle produzierten Matrices dazu in der Lage zyklischen Kompressionen bei unphysiologisch hohen Frequenzen von 20 Hz zu wiederstehen, ohne an struktureller Integrität zu verlieren. Mit dem vorgestellten neuen Verfahren konnten Scaffolds hergestellt werden, deren Ausmaß in der Nachahmung nativer Gewebe mit etablierten Methoden nicht erreichbar war und welche eine Überprüfung der Schlüsselhypothese erlaubten: Die biologische Evaluation einer anisotropen Porenstruktur in vivo zeigte eine höhere Funktionalität eingewanderter Zellen, was zu vorteilhafteren Heilungsergebnissen führte. Darüber hinaus demonstrierte eine Imitation der lokalen Zusammensetzungen in Kombination mit einer durchgängigen anisotropen Porenstruktur, welche an diejenige in nativen Geweben angenähert ist, eine Induktion von zonenspezifischer Matrixremodellierung von Stammzellen in vitro. Außerdem waren Hinweise auf eine zonale chondrogene Stammzelldifferenzierung ohne eine gesonderte Zugabe von Wachstumsfaktoren zu beobachten. Somit konnte die Hypothese, dass eine verbesserte Nachahmung der hierarchischen Zusammensetzung und anisotroper Struktur von muskuloskelettalen Geweben zu einer optimierten zellulären Reaktion und somit einer besseren Heilungsqualität führt, bestätigt werden. Mit einem speziellen Fokus auf zellfreies in situ Tissue Engineering, könnten die Erkenntnisse dieser Arbeit direkt für klinische Therapien eingesetzt werden. KW - directional solidification KW - collagen KW - cartilage KW - bone KW - scaffold KW - Tissue Engineering KW - Knochen KW - Knorpel KW - Gerichtete Erstarrung Y1 - 2016 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-145510 ER - TY - THES A1 - Hager, Benjamin Dietrich T1 - Einfluss eines antibiotikagetränkten Schwammes auf sternale Wundkomplikationen - eine prospektiv randomisierte Doppelblindstudie T1 - Effect of a Gentamicin-Collagen Sponge on Sternal Wound Complications - a prospective, randomized, double-blind trial N2 - Die prophylaktische retrosternale Einlage eines Gentamicin-Kollagen Schwammes wurde in letzter Zeit in mehreren Studien untersucht und ist wird kontrovers diskutiert. Die vorliegende Studie ist die erste prospektiv randomisierte, Einzelzentrums-Doppelblind-Studie zur Untersuchung der Effektivität, im Hinblick auf die Reduktion sternaler Wundkomplikationen nach herzchirurgischen Eingriffen, eines retrosternal eingelegten Gentamicin-Kollagen-Schwammes. N2 - Prophylactic retrosternal placement of a Gentamicin-collagen sponge has been the subject of several recent clinical studies and is a matter of controversy. The present study is the first controlled, prospective, randomized, double-blind, single-center study to investigate the efficacy of a retrosternal Gentamicin-collagen sponge in reducing sternal wound complications after heart surgery. KW - Wundinfektion KW - Brustbein KW - Gentamicin KW - Kollagen KW - Kontrollierte klinische Studie KW - Placebo KW - Schwamm KW - Herzchirurgie KW - gentamicin KW - collagen KW - sternum KW - infection KW - surgery Y1 - 2011 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-74955 ER - TY - THES A1 - Starke, Josefine T1 - Dynamik, Biomechanik und Plastizität des Aktinzytoskeletts in migrierenden B16/F1 GFP-Aktin Melanomzellen in 2D und 3D extrazellulärer Matrix T1 - Dynamic, biomechanics and plasticity of the actin cytoskeleton in migrating B16/F1 GFP-actin mouse melanoma cells in 2D and 3D extracellular matrix N2 - Die Anpassung des Aktinzytoskeletts an extrazelluläre Gewebsstrukturen ist Voraussetzung für die Interaktion mit der extrazellulären Matrix und für die Zellbewegung, einschließlich der Invasion und Metastasierung von Tumorzellen. Wir untersuchten bei invasiven B16/F1 GFP-Aktin Mausmelanomzellen, ob und wie sich Zellform, Art und Effizienz der Bewegung an physikalisch unterschiedlich beschaffene kollagenöse Umgebungen anpassen: 1) mit Kollagen-Monomeren beschichtete 2D Objektträger, 2) 2D Oberfläche einer fibrillären Kollagenmatrix und 3) Zellen, die in einer 3D Kollagenmatrix eingebettet waren. Zur Darstellung des Aktinzytoskeletts wurden Zellen eingesetzt, die GFP-Aktin Fusionsprotein exprimierten, und mittels Zeitraffer-Videomikroskopie und Konfokalmikroskopie untersucht. Im direkten Vergleich waren Struktur und Dynamik des Aktinzytoskelett wie auch Zellform und Art der Migration unterschiedlich in den verschiedenen Umgebungen. Auf 2D planer Oberfläche erfolgte eine rasche Adhäsion und Abflachung der Zellen (Spreading) mit nachfolgender Migration mit Bildung fokaler Adhäsionszonen, in die kabelartige Aktinstrukturen (Stress fibers) einstrahlten. Dagegen entwickelte sich in 3D Kollagenmatrices eine spindelförmige, fibroblastenähnliche Zellform (mesenchymal) mit zylindrischen fingerförmigen vorderen Pseudopodien, die Zug der Zelle nach vorne bewirken und hochdynamisches polymeres Aktin, nicht jedoch Stress Fibers enthielten. Eine ähnliche Zellform und Struktur des Zytoskeletts entwickelte sich in Zellen auf 2D fibrillärem Kollagen. Die Kontaktfindung und Migrationseffizienz auf oder in fibrillären Matrices war im Vergleich zu 2D kollagenbeschichteter Oberfläche erschwert, die Migrationseffizienz verringert. In Kontrollversuchen wurden Migration und polarisierte Bildung von Aktindynamik durch Inhibitoren des Aktinzytoskeletts (Cytochalasin D, Latrunculin B, Jasplakinolide) stark gehemmt. Diese Befunde zeigen , dass die Struktur und Dynamik des Aktinzytoskeletts sowie die Art der Migration in Tumorzellen stärker als bisher angenommen durch die umgebende Kollagenstruktur bestimmt wird. Während 3D Kollagenmatrices in vivo ähnliche bipolare Zytoskelettstruktur fördern, müssen Abflachung der Zellen mit Bildung von Stress Fibers als spezifische Charakteristika von 2D Modellen angesehen werden. N2 - The dynamics and the adaptation of the actin cytoskeleton in response to extracellular matrix structures is the prerequisite for cell polarisation, shape change, and migration, including the invasion and metastasis of tumor cells. In invasive B16-mouse melanoma cells expressing GFP-actin fusion protein we directly imaged cytoskeletal dynamics, adaptation and movement in response to physically different collagen substrata using time-lapse videomicroscopy and confocal microscopy: 1) cells on 2D surfaces coated with monomeric collagen, 2) 2D surfaces composed of fibrilliar collagen, and 3) cells which were embedded in 3D collagen matrices. In directly comparision the structure and dynamic of the actin cytoskeleton, cell shape and migration efficiency were different between the different collagen substrata. On 2D monomeric collagen quick cell adhesion, spreading, and cell flattening were followed by migration driven by focal contacts in which cable like actin structures (stress fibres) inserted. In 3D collagen matrices however, cells developed a spindle like (mesenchymal) shape with cylindrical finger-like pseudopods which generated the forward-driving force towards collagen fibres. These pseudopods contained dynamic polymerized actin yet lacked stress fibres. A similar mesenchymal cell shape and structure of the actin cytosceleton that lacked stringent focal contacts and stress fibres developed on 2D fibrilliar collagen matrices. The migration efficiency in 3D collagen was significantly lower, compared to 2D substrata, suggesting an impact of matrix barriers on the migration velocity. Both, actin polymerization and migration were severely impaired by inhibitors of the actin cytoskeleton (Cytochalasin D, Latrunculin B, Jasplakinolide), causing cell rounding and oscillatory “running on the spot”. These findings show the dynamics of the actin cytoskeleton in living melanoma cells critically dependent on and respond to the physical structure of the ECM. 3D collagen matrices hence favour in vivo-like cell shape and cytoskeletal organization while flat cell spreading and formation of stress fibres are specific cell characteristics of cells on 2D. KW - Aktin KW - Actin KW - Actin-bindende Proteine KW - Actin-Filament KW - Melanom KW - Dynamik KW - Biomechanik KW - Plastizität KW - Plastizität KW - Tumor KW - Dermato KW - extrazelluläre Matrix KW - Konfokalmikroskop KW - 2D KW - 3D KW - Fascin KW - actin KW - extracellular matrix KW - cell migration KW - collagen KW - melanom Y1 - 2007 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-25689 ER - TY - THES A1 - Witzel, Catharina-Clara T1 - Effekte von Pioglitazon auf das linksventrikuläre Remodeling nach Myokardinfarkt an der Maus T1 - Peroxisome proliferator activated-receptor agonism and left ventricular remodeling in mice with chronic myocardial infarction N2 - Thiazolidindione, die zunehmend als gut wirkende Insulinsensitizer in der Diabetestherapie im Einsatz sind, besitzen als indikationslimitierende Nebenwirkung eine starke Flüssigkeitsretention mit Kontraindikation bei Herzinsuffizienz. Andererseits wird ihnen in der derzeitigen experimentellen Studienlage auf Zellebene ein positiver Effekt auf kardiale und vaskulär bedingte Erkrankungen zugesprochen. In der vorliegenden Arbeit wird die Hypothese untersucht, inwieweit Pioglitazon einen positiven oder negativen Einfluss auf das Remodeling nach Myokardinfarkt hat und ob sich Folgen für die Entwicklung einer Herzinsuffizienz ergeben. Dazu wird eine Untersuchung an Mäusen nach Myokardinfarktoperation unter Pioglitazonbehandlung, (ab dem siebten Tag nach OP) und einer entsprechenden Sham- Kontrollgruppe durchgeführt. Die Verabreichung von Pioglitazon versus Placebo erfolgt täglich körpergewichtsbezogen per Schlundsonde. Im Verlauf der Studie werden die Tiere am siebten, 21. und 42. Tag in apikaler Ebene und in Höhe des Papillarmuskels echokardiographiert und die Daten als M- und B-Mode aufgezeichnet und ausgewertet. Weiterhin wird das Gewicht der Tiere am Operationstag und nachfolgend wöchentlich erfasst. Nach Studienende werden die entfernten Herzen der Tiere gewogen sowie der Glucose- und GOT-Wert des Blutes erfasst. Weiterhin erfolgt die Messung der Aortenrelaxation, die Infarktgrößenbestimmung und Kollagenmessung sowie die Bestimmung von TNFα, NF-κB, IL-1β und Endothelin-1. Wie erwartet, kann infarktbedingt eine Dilatation des Ventrikels und eine Zunahme des Kollagengehaltes echokardiographisch und polarisationsmikroskopisch dokumentiert werden. Vergleichend lassen sich weder bezüglich des Gewichtes der Herzen und der Tiere, der Myokardinfarktgröße, des Kollagengehalts im gesunden und infarzierten Myokardgewebe, des Remodeling, der proinflammatorischen Enzyme und Endothelin-1, noch in der Gefäßreaktion signifikante Unterschiede feststellen. Während der Serumglukosewert bei den verwendeten nicht an Diabetes mellitus erkrankten Tieren keinen Unterschied zwischen den beiden Behandlungsgruppen zeigt, lässt sich in der pioglitazon©behandelten Gruppe eine deutliche Senkung der Triglyceridspiegel feststellen. Auf Basis der vorliegenden Messungen zeigt die Pioglitazonbehandlung keinen positiven oder negativen Effekt auf das Remodeling von infarzierten Mäusen. N2 - Peroxisome proliferator activated receptor (PPAR) has been implicated in several cellular pathways assumed to beneficially affect heart failure progression. In contrast, population-based studies demonstrate an increased incidence of heart failure in patients treated with PPAR agonists. Therefore, we examined the effect of pioglitazone, a PPAR agonist, on chronic left ventricular remodeling after experimental myocardial infarction (MI) in mice. Mice were treated with placebo or pioglitazone (20 mg kg-1 by gavage) from week 1 to week 6 after ligation of the left anterior descending artery. Serial transthoracic echocardiography was performed at weeks 1, 3, and 6. Over 6 weeks, there was no difference in mortality (placebo 12%, pioglitazone 10%). Echocardiography showed significant left ventricular dilatation in animals with MI (week 6, end-systolic area, placebo sham 9.61.3 vs placebo MI 14.42.5 mm2). However, there was no difference between the placebo and pioglitazone groups (week 6, end-systolic area, pioglitazone MI 14.82.9 mm2, P=NS vs placebo). Moreover, there were no changes in metabolic parameters, inflammation, and collagen deposition. Endothelial function in the aorta was not changed by PPAR activation. In conclusion, PPAR activation did not adversely affect left ventricular remodeling and survival in mice with chronic MI. However, we were also not able to identify a protective effect of pioglitazone. KW - Pioglitazon KW - Herzinfarkt KW - Herzinsuffizienz KW - Pioglitazon KW - PPAR KW - Herzinsuffizienz KW - Thiazolidindione KW - Zytokine KW - TNF KW - Interleukin-1 KW - Remodeling KW - Myokardinfarkt KW - Glitazone KW - Infarction KW - heart failure KW - glitazone KW - cytokine KW - collagen Y1 - 2007 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-24493 ER - TY - THES A1 - Freytag, Andreas T1 - Adhärenz humanpathogener Staphylokokken auf orthopädischen Implantatmaterialien T1 - adherence of human pathogen staphylococci on orthopedic joint-prosthesis N2 - Die Anzahl an implantierten Gelenkendoprothesen hat in den letzten Jahrzehnten stark zugenommen. Mit ihr auch die Anzahl an Protheseninfektionen. Die Haupterreger sind Staphylokokken (>80%). Diese sind in vivo unempfindlich gegenüber Antibiotika und somit ist die einzige sinnvolle Therapie der Ausbau der infizierten Prothese, welcher lange und kostenspielige Krankenhausaufenthalte für den Patienten mit sich bringt. Der Grund für diese Resistenz der Bakterien liegt darin, dass sie zur Biofilmbildung fähig sind und sehr gut an Fremdkörper-Oberflächen adhärieren können. Welche Methode nun geeignet ist, die Adhärenz von Staphylokokken am besten unter klinisch relevanten Bedingungen zu untersuchen, ist zu prüfen. Das in der Arbeit entwickelte Modell ermöglicht eine semiquantitative Bestimmung der Adhärenz. Für die Versuche wurden Metallprüfkörper aus Titan und Kobalt-Chrom-Legierung verwendet. Zuvor wurden diese Metalle mit bestimmen Reinigungs- und Sterilisationsvorgängen gesäubert. Ein Teil der verwendeten Prüfkörper ist vor Beimpfung mit den Keimen durch Serumproteine bzw. Gewebsflüssigkeiten beschichtet worden, um das Anheftungsverhalten unter verschiedenen Bedingungen beurteilen zu können. Hierfür wurden Albumin, Kollagen Typ I und Typ II, Fibronektin und Fibrinogen verwendet. Sieben Titan-Prüfkörper sind in Schlieren (Schweiz) durch ein spezielles Verfahren mit PLL-g-PEG, einem Makromolekül welches die Adhäsion von Proteinen herabsetzt, beschichtet worden. Eine Auswirkung durch Infektionen sollte hierbei überprüft werden. Die Auswertung wurde unter REM-Betrachtung durchgeführt. Hierbei ist eine semiquantitative Abstufung der Adhärenzkraft von 1-5 getroffen worden. In den Ergebnissen zeigten die beiden verwendeten Metalle Titan und Kobalt-Chrom-Legierung keine wesentlichen Unterschiede in der gezeigten Adhärenz von Staphylokokken. Durch die Serumprotein- und Gewebsflüssigkeitsbeschichtung ließen sich Unterschiede unter verschiedenen Bedingungen feststellen. Fibronektin und Fibrinogen bewirken eine starke Zunahme an adhärenten Bakterienzellen. Kollagen Typ I und II zeigen eine leichte Adhärenzverstärkung und bewirken Biofilmbildung. Albuminbeschichtung reduziert die Anzahl adhärenter Staphylokokken. Die PLL-g-PEG Beschichtung löst starke Adhärenz und Biofilmbildung aus. Die hier angewandte Methode, kontaminierte Metallprüfkörper unter dem Rasterelektronenmikroskop zu betrachten, eignet sich um das Adhärenzverhalten von Bakterien zu beurteilen. Dabei lassen sich die Versuchsbedingungen auf vielfache Weise verändern. Verschiedene Metalle und andere Materialien können miteinander verglichen werden. Des Weiteren ist es möglich, unterschiedliche Proteinbeschichtungen vorzunehmen, um deren Einfluss auf die Adhärenz zu zeigen. Zusätzlich ist eine Durchführung der Versuche unter Bewegung möglich, was eine Annäherung an die Verhältnisse im menschlichen Körper bedeutet. Neben Staphylokokken könnten auch andere Bakterienspezies untersucht werden. In dieser Studie wird erstmals gezeigt, dass Kollagen eine Biofilmbildung bei Staphylokokken induziert. Dies bedarf weiterer Untersuchung, welcher Mechanismus hierfür verantwortlich ist. Die PLL-g-PEG Beschichtung hat auf Infektionen keine erfolgsversprechende Wirkung. Im Gegenteil, es kommt zu einer starken Besiedlung des Fremdmaterials. Albumin dagegen zeichnet sich durch eine Herabsetzung der Adhärenzstärke aus. Daraus könnte man therapeutischen Nutzen ziehen und Implantate vor Einbau mit Albumin beschichten. N2 - The number of orthopedic joint implantation has increased strongly within the last decades. With it also the number of implant infections. The main pathogenes are Staphylococci (> 80%). These are insensitive in vivo opposite antibiotics and therefore the only meaningful therapy is the removal of the infected artificial joint, which brings long and expensive hospital stays for the patients. On the one hand the reason for this resistance of the bacterias is biofilm formation and on the other hand the very well adherence on artifical surfaces. Which method is suitable now to examine the adherence of Staphylococci best under clinically relevant conditions has to be checked. The model developed in the work makes a semiquantitative determination of the adherence possible. For the tests metal test bodies of titanium and cobalt chrome are used. At first these metals were cleaned with special cleanings and sterilizations . A part of the used test bodies has been coated with serum proteins to judge the adherence under different conditions. Albumin, collagen type I and type II, fibronectin and fibrinogen were used for it. Seven titanium test bodies were coated in Schlieren (Switzerland) by a special method with PLL-g-PEG, a macro molecule, that reduces the adhesion of proteins. A consequence by infections should be checked at this. The evaluation was carried out under REM consideration. At it a semiquantitative layering of the adherence-power of 1-5 has been made. In the results the two used metals titanium and cobalt chrome alloying didn't show any essential differences in the shown adherence of Staphylococci. By the serum protein coatings differences could be stated under different conditions. Fibronectin and fibrinogen cause a strong increase to adherent bacterium cells. Collagen type I and II show low increase and cause biofilm formation. Albumin coating reduces the number of adherent bacterias. The PLL-g-PEG coating triggers strong adherence and biofilm formation. The method to look at contaminated metal test bodies under the REM used here is suitable to judge the adhesion behave of bacteria. At this the test conditions can be changed in a multiple way. Different metals and other materials can be compared with each other. Furthermore it is possible to carry out different protein coatings to show the influence on the adherence. An execution of the tests in addition is possible under movement, that approach towards the conditions in the human body. Also other bacterium species could be examined besides staphylococci. In this study it is shown for the first time that collagen induces a biofilm formation at staphylococci. This requires a further examination, which mechanism for it is responsible. The PLL-g-PEG coating doesn't have any success promising effect on infections. On the contrary, it comes to a strong settlement of the bacterias. Albumin however stands out due to a reduction of the adherence. A therapeutical use would be the coating of foreign bodies with albumin before implantation. KW - Staphylokokken KW - Adhärenz KW - orthopädische Implantate KW - Kollagen KW - Biofilm KW - staphylococci KW - biofilm KW - adherence KW - orthopedic joint prosthesis KW - collagen Y1 - 2005 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-14178 ER - TY - THES A1 - Herzele, Karin T1 - Untersuchung zur Spezifität von Autoantikörpern bei Patienten mit linearer IgA Dermatose T1 - Investigation on specificity of autoantibodies of patients with linear IgA disease N2 - Die lineare IgA Dermatose (LAD) ist eine subepidermal blasenbildende Erkrankung, die durch IgA-Ablagerungen an der kutanen Basalmembran charakterisiert ist. Die IgA-Antikörper von LAD-Seren reagieren mit einem 97 kDa Protein, das aus der Epidermis extrahiert werden kann, und einem 120 kDa Protein, das von kultivierten Keratinozyten in das Kulturmedium sezerniert wird. Beide Antigene stellen Fragmente der extrazellulären Domäne des 180 kDa bullösen Pemphigoid-Autoantigens (BP180, Typ XVII Kollagen) dar. Die vorliegende Studie ging der Frage nach, ob LAD-Seren mit der immunodominanten Region von BP180 (NC16A Region) unmittelbar an der Zellmemran der basalen Keratinozyten reagieren. Diese Region ist das Ziel der IgG-Antikörper im Serum der meisten Patienten mit bullösem Pemphigoid und Pemphigoid gestationis. Tatsächlich zeigte sich im Immunoblot bei 11 von 50 LAD-Patienten eine Reaktivität von IgA-Antikörpern mit einer rekombinanten Form von BP180 NC16A. Wir fanden bezüglich Alter, Geschlecht und immunfluoreszenzoptischer Befunde keine signifikanten Unterschiede zwischen der BP180 NC16A-positiven Gruppe verglichen mit der Gruppe er LAD-Patienten, die keine Reaktivität mit NC16A aufwiesen. Weitere studien sollten die pathogenetische Relevanz der gegen BP180 NC16A gerichteten IgA-Autoantikörper im Serum von LAD-Patienten untersuchen. N2 - Linear IgA Dermatosis (LAD) is a subepidermal blistering disease characterized by IgA desposits at the cutaneous basement membrane zone. IgA antibodies of LAD sera react with a 97 kDa protein extracted from epidermis and a 120 kDa protein secreted from keratinocytes to cell culture medium. Both antigens are fragments of the extracellular domain of the 180 kDa bullous pemphigoid autoantigen (BP180, Typ XVII collagen). This study investigated the reactivity of LAD sera with the immunodominant region of BP180 (NC16A) right next to the cell membrane of basal keratinocytes. This region is the target of IgG antibodies in sera of most patients with bullous pemphigoid or pemphigoid gestationis. Indeed, immunoblot studies proved reactivity of IgA antibodies to a recombinant form of BP180 NC16A in 11 out of 50 patients. There were no differences in age, sex and immunofluorescence findings between the group tested positive to BP180 NC16A and the group with no reactivity to it. Further studies will investigate the pathogenic relevance of IgA autoantibodies directed against BP180 NC16A in sera of LAD patients. KW - LAD KW - linear IgA Dermatose KW - blasenbildende Autoimmunerkrankung KW - BP180 KW - BP 180 NC16A KW - 97 kDa Protein KW - 120 kDa Protein KW - Autoantigen KW - Kollagen KW - LAD KW - linear IgA disease KW - bullous autoimmune disorder KW - BP180 KW - BP180 NC16A KW - 97 kDa protein KW - 120 kDa protein KW - autoantigen KW - collagen KW - epitope Y1 - 2001 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-1182267 ER -