Sonja Wenzel

• Der Ersatz von Knochengewebe durch die Methode des Tissue Engineerings stellt eine viel versprechende Alternative zu konventionellen Therapieformen dar. Jedoch müssen die bisherigen Kulturbedingungen verbessert werden, um das Differenzierungsverhalten von Zellen optimal steuern zu können. Dabei spielt nicht nur die Wahl eines geeigneten Scaffolds und der zu verwendenden Zellen, sondern auch die des Kultursystems eine entscheidende Rolle. In einem dynamischen Kultursystem zirkuliert Medium und bietet gegenüber einem statischen KultursystemDer Ersatz von Knochengewebe durch die Methode des Tissue Engineerings stellt eine viel versprechende Alternative zu konventionellen Therapieformen dar. Jedoch müssen die bisherigen Kulturbedingungen verbessert werden, um das Differenzierungsverhalten von Zellen optimal steuern zu können. Dabei spielt nicht nur die Wahl eines geeigneten Scaffolds und der zu verwendenden Zellen, sondern auch die des Kultursystems eine entscheidende Rolle. In einem dynamischen Kultursystem zirkuliert Medium und bietet gegenüber einem statischen Kultursystem veränderte Bedingungen bezüglich Nährstoffversorgung und Stimulation durch Flüssigkeitsscherstress. Um die Einflüsse der veränderten Bedingungen zu analysieren, wird in dieser Arbeit ein dynamisches Kultursystem etabliert. Dazu werden Calciumphosphat(CaP)-Scaffolds mit dem 3D Powder Printing System gedruckt und mit Zellen der Osteosarkomzelllinie MG63 oder der Fibroblastenzelllinie L-929 besiedelt. In 17 Versuchsreihen werden die zellbesiedelten Scaffolds bei unterschiedlichen Fließgeschwindigkeiten und über unterschiedliche Kultivierungszeiträume kontinuierlich perfundiert. Anhand der Wachstumsparameter Zellzahl und Zellviabiltät, sowie der Morphologie und räumlichen Verteilung der Zellen werden die Qualitäten der Kultursysteme untersucht und mit statischen Kultursystemen verglichen. Die mit dem 3D Powder Printing System gedruckten Scaffolds erweisen sich als geeignet: Nach 6-tägiger Kultur können unter dem Rasterelektronenmikroskop auf den CaP-Scaffolds eine reichliche Zellbesiedelung mit morphologisch gesunden Zellen, die in das Porensystem hineinwachsen, beobachtet werden. Bei beiden Zelllinien nehmen in beiden Kultursystemen die Wachstumsparameter über einen 6-tägigen Kultivierungszeitraum stetig zu und eine Langzeitkultur über 30 Tage kann in beiden Kultursystemen am Leben erhalten werden. Die kontinuierliche Perfusion in einem dynamischen Kultursystem wirkt sich auf das Zellwachstum günstig aus. Im Vergleich von dynamischen zu statischem Kultursystem über einen 6-tägigen Kultivierungszeitraum wachsen beide Zelllinien im dynamischen Kultursystem besser. Dabei spielt die Fließgeschwindigkeit im dynamischen Kultursystem auf die verbesserte Nährstoffversorgung und Stimulation durch Flüssigkeitsscherstress eine Rolle. Außerdem ist zu beachten, dass der Einfluss der Fließgeschwindigkeit des Mediums auf die einzelnen Scaffolds innerhalb des Kulturcontainers unterschiedlich ist. Dies hängt vom Strömungsprofil im Container ab und macht sich durch eine erhöhte Standardabweichung der Messwerte gegenüber der statischen Kultur bemerkbar.…
• The replacement of bone tissue by the method of tissue engineering represents a promising alternative to conventional forms of therapy. However, current culture conditions have to be optimized in order to control the differentiation behavior of cells. In this context, the choice of the appropriate scaffolds and cells as well as of a suitable culture system play a crucial role. In contrast to static culture systems, medium circulates in a dynamic culture system which offers changed conditions regarding nutrition and stimulation by fluid inducedThe replacement of bone tissue by the method of tissue engineering represents a promising alternative to conventional forms of therapy. However, current culture conditions have to be optimized in order to control the differentiation behavior of cells. In this context, the choice of the appropriate scaffolds and cells as well as of a suitable culture system play a crucial role. In contrast to static culture systems, medium circulates in a dynamic culture system which offers changed conditions regarding nutrition and stimulation by fluid induced shear stress. To analyze the effects of changed conditions, a dynamic culture system is established in this work. For this purpose, calcium phosphate (CaP) scaffolds printed by the 3D Powder Printing System were populated with cells of the MG63 osteosarcoma cell line or of the fibroblast cell line L-929. In 17 experiments, the cultured scaffolds were perfused continuously at different flow rates and for different cultivation periods. Based on the growth parameters cell number and cell viability, as well as on the morphology and the spatial distribution of the cells, the qualities of the dynamic culture systems were compared to static culture systems. The scaffolds printed by the 3D Powder Printing System proved to be suitable: After a 6-day culture period, the CaP scaffolds showed an abundant cell colonization with morphologically healthy cells growing into the pore system which was observed under a scanning electron microscope. Using both cell lines in both culture systems, the growth parameters increased continuosly during a 6-day cultivation period and it was possible to keep a long-term culture over 30 days in both culture systems alive. The continuous perfusion in a dynamic culture system has a favorable effect on cell growth. In comparison of dynamic to static culture systems over a 6-day culture period, both cell lines grew better in the dynamic culture system. Here the flow rate in the dynamic culture system plays a major role controlling the improved nutrition and stimulation by fluid induced shear stress. Furthermore, the influence of the flow rate of the medium on the individual scaffolds within the culture container varies for the different scaffold positions. This depends on the flow profile of the container and is indicated by an increased standard deviation of the measured values when compared to the static culture.…