Jürgen Mut

• Bei der Biofabrikation werden Zellen mit einem Biomaterial versetzt (vereint werden diese als Biotinte definiert) und durch additive Fertigungsmethoden wie dem 3D-Druck zu hierarchischen Strukturen aufgebaut. Zur Herstellung von künstlichen Gewebe und zukünftig auch von funktionalen Organen ist ein detailliertes Zellverständnis essentiell. Im Rahmen dieser Dissertation wurden Systeme generiert, um die Zellmembranen von mesenchymalen Stromazellen gezielt zu verändern und um die Modifikationen zu charakterisieren. Durch Inkubation mitBei der Biofabrikation werden Zellen mit einem Biomaterial versetzt (vereint werden diese als Biotinte definiert) und durch additive Fertigungsmethoden wie dem 3D-Druck zu hierarchischen Strukturen aufgebaut. Zur Herstellung von künstlichen Gewebe und zukünftig auch von funktionalen Organen ist ein detailliertes Zellverständnis essentiell. Im Rahmen dieser Dissertation wurden Systeme generiert, um die Zellmembranen von mesenchymalen Stromazellen gezielt zu verändern und um die Modifikationen zu charakterisieren. Durch Inkubation mit unnatürlichen Zuckern werden diese von Zellen aufgenommen und in den Zellmetabolismus eingeschleust und auf die Glycoproteine übertragen. Diese Methode ist als metabolic glycoengineering bekannt. Dazu wurden diverse humane Saccharid-Analoga mit bioorthogonalen Gruppen (Azid oder Alkin) synthetisiert. Alle in dieser Arbeit vorgestellten Moleküle wurden NMR-spektroskopisch als auch massenspektrometrisch charakterisiert. Die acetylierten Mannosamin-Derivate konnten über zwei Stufen und die Sialinsäure-Derivate über sechs Stufen synthetisiert werden. Sialinsäuren sind die terminalen Zucker an Glycanketten von Proteinen mit wichtigen biologischen Funktionen. Im Rahmen des SFB TRR225 konnte in Kooperation mit der Gruppe von Prof. Dr. R. Ebert der Einbau der Saccharide in mesenchymalen Stromazellen durch Fluoreszenzmikroskopie evaluiert werden. Aufgrund des effizienteren Einbaus der Sialinsäure mit Alkingruppe gegenüber der mit Azidgruppe, wurde dieser in den folgenden massenspektrometrischen Analysen eingesetzt. Die Messungen der markierten Glycoproteine wurden von Dr. Marc Driessen durchgeführt und der metabolische Einbau von SiaNAl und Ac4ManNAl in den Stromazellen gegenübergestellt. 55 Glycoproteine konnten durch SiaNAl und 94 durch Ac4ManNAl charakterisiert werden. Ein Abgleich der Proteindatenbanken eine Anreicherung von Proteine durch Fütterung von SiaNAl die in Signaltransduktion, Zellkontakte und Differenzierung involviert sind, womit metabolic glycoengineering prinzipiell zur Optimierung von Biofabrikationsprozessen genutzt werden kann.…
• In the field of biofabrication, cells are mixed with biomaterials (forming bioinks) to produce hierarchical structures using additive manufacturing such as 3D printing. A detailed understanding of cells is crucial for the production of artificial tissue and, in the future, also of functional organs. In this work, systems were generated to specifically modify the cell membranes of mesenchymal stromal cells. Unnatural saccharides are introduced into the cell metabolism during incubation and transferred onto extra- and intracellular glycoproteins.In the field of biofabrication, cells are mixed with biomaterials (forming bioinks) to produce hierarchical structures using additive manufacturing such as 3D printing. A detailed understanding of cells is crucial for the production of artificial tissue and, in the future, also of functional organs. In this work, systems were generated to specifically modify the cell membranes of mesenchymal stromal cells. Unnatural saccharides are introduced into the cell metabolism during incubation and transferred onto extra- and intracellular glycoproteins. This method is known as metabolic glycoengineering. For this purpose, various human saccharide analogues with a bioorthogonal group (azide or alkyne) were synthesised. All molecules presented in this work were characterised by NMR spectroscopy and mass spectrometry. Acetylated mannosamine and sialic acid derivatives were synthesised over two and six steps, respectively. Sialic acid is the terminal saccharide in complex glycan chains of proteins and mediates biological functions. The incorporation of the synthetic saccharides in mesenchymal stromal cells were evaluated by fluorescence microscopy in cooperation with the research group of Prof. Dr. R. Ebert (within the framework SFB TRR225). The alkyne variant displayed a more efficient incorporation and was chosen for the following mass spectrometric analysis. Therefore, lysates from stromal cells incubated with SiaNAl or Ac4ManNAl were measured by Dr. Marc Driessen. 55 and 94 glycoproteins were identified using SiaNAl and Ac4ManNAl, respectively. A comparison of protein databases indicated an enrichment for SiaNAl labelled proteins involved in signal transduction, cell junction and differentiation and thus metabolic glycoengineering can be used to optimize biofabrication processes. This hypothesis was also investigated by measuring the cell stiffness and the correlating protection from shear stress of modified cells with the research group of Prof. Dr. B. Fabry. These experiments showed a tendency to increase the stiffness, but the results could not be reproduced. A synthetic galectin-1 ligand was used as modification of the cell membrane.…