Janina Belka

• In der vorliegenden Arbeit wird der Einfluss von Metallkomplexverbindungen auf der Basis von monotopen und ditopen Terpyridin-Liganden auf Zellen behandelt. Es können mehrere Möglichkeiten aufgezeigt werden, wie MEPE als kontrollierte Freisetzungssysteme für Zel-lanwendungen eingesetzt werden können. Es werden 2D-Beschichtungen, 3D-Knochenzemente und Terpyridin funktionalisierte Alginate hergestellt. Es ist möglich, definier-te, homogene Fe-MEPE Schichten auf Borosilikatglas mithilfe der Layer by Layer Technik und mittels TauschbeschichtungIn der vorliegenden Arbeit wird der Einfluss von Metallkomplexverbindungen auf der Basis von monotopen und ditopen Terpyridin-Liganden auf Zellen behandelt. Es können mehrere Möglichkeiten aufgezeigt werden, wie MEPE als kontrollierte Freisetzungssysteme für Zel-lanwendungen eingesetzt werden können. Es werden 2D-Beschichtungen, 3D-Knochenzemente und Terpyridin funktionalisierte Alginate hergestellt. Es ist möglich, definier-te, homogene Fe-MEPE Schichten auf Borosilikatglas mithilfe der Layer by Layer Technik und mittels Tauschbeschichtung abzuscheiden. Um die Oberfläche und somit die Freisetzung von Metallionen zu erhöhen, werden zusätzlich poröse SiO2-Schichten hergestellt, welche mit Fe-MEPE infiltriert werden. Um die Anwendbarkeit von Metallkomplexverbindungen auf der Basis von monotopen und ditopen Terpyridin-Liganden als Knochenersatzmaterial zu testen werden Hydroxylapatit Knochenzemente synthetisiert. Ziel ist eine retardierende Freisetzung der Metallionen ohne Burst Effekt und ohne den Verlust der Druckstabilitäten der HA Zemen-te. Die Funktionalisierung von Alginat mit 1-Amino-5-(2,2ʹ:6ʹ,2ʹʹ-terpyrid-4ʹ-yl-oxy)pentan resultiert in Hydrogelen, welche ein anderes Gelierverhalten als das unfunktionalisierte Alginat zeigen. Zudem ist es möglich mit Fe(II)- /Ca(II)-Salzmischungen Hydrogele auszubilden. Die funktionalisierten Alginate sind zudem bioaktiv. Zum grundlegenden Verständnis der MEPE Zell Wechselwirkung werden zunächst Zytotoxo-zitätsuntersuchungen mittels WST-1 Test von L929 und C2C12-Zellen mit wässrigen M(II)MEPE Lösungen (Metallionen M= Fe(II), Co(II), Ni(II), Zn(II)) in einem Konzentrationsbe-reich von 1,56x10-11 bis 1,6x10-5 mol L-1 durchgeführt. Fe-MEPE zeigt im betrachteten Kon-zentrationsbereich keine zytotoxischen Eigenschaften auf die eingesetzte Fibroblastenzelllinie. Bei Konzentrationen über 1x10-6 mol L-1 Fe-MEPE sinkt die Mitochondrienaktivität der C2C12-Zellen auf 40%. Dagegen wirken Co- und Zn-MEPE ab einer Konzentration von 1x10-7 mol L-1 stark zytotoxisch auf L929 und C2C12-Zellen. Um selektiv die Differenzierung von C2C12, MG63, humanen mesenchymalen Stammzellen (hMSCs) und humanen Endothelzellen anzuregen, werden die Zellen auf den hergestellten 2D Beschichtungen ausgesät. Es kann gezeigt werden, dass Fe-MEPE die Proliferation zu-gunsten der Stoffwechselaktivität von C2C12, MG63-Zellen und hMSCs hemmt. Bei weiterer Betrachtung der spezifischen myogenen Differenzierungsmarker der C2C12-Zellen bzw. der spezifischen Gene der osteogenen Differenzierung (Osteocalcin und ALP) mithilfe qRT-PCR können erhebliche Stimulierungen auf der mRNA Basis detektiert werden. Auch auf enzymatischer Ebene zeigen Fe-MEPE modifizierte Oberflächen einen stimulierenden Effekt auf die Aktivität der alkalischen Phosphatase der MG63 Zelllinie und humaner mesenchyma-ler Stammzellen. Somit kann eine Stimulierung der myogenen Differenzierung von C2C12-Zellen, sowie oste-ogenen Differenzierung von MG63-Zellen und hMSCs mittels Fe-MEPE beschichteten Ober-flächen innerhalb von drei Tagen nachgewiesen werden. Die Ergebnisse zeigen, dass Fe-MEPE funktionalisierte Oberflächen als innovative Scaffolds für die Behandlung von Kno-chendefekten eingesetzt werden können.…
• In this thesis the influence of metal complexes based on monotopic and ditopic terpyridine ligands on cells is discussed. There are several ways MEPE can be used as a controlled re-lease system for cell applications. 2D planar and porous coatings, 3D bone cements and ter-pyridine functionalised alginates are produced. It is possible to deposit defined, homogeneous Fe-MEPE layers on borosilicate glass using the layer by layer technique and by dip coating. In order to increase the surface and thus the release of metal ions, porous SiO2 layers areIn this thesis the influence of metal complexes based on monotopic and ditopic terpyridine ligands on cells is discussed. There are several ways MEPE can be used as a controlled re-lease system for cell applications. 2D planar and porous coatings, 3D bone cements and ter-pyridine functionalised alginates are produced. It is possible to deposit defined, homogeneous Fe-MEPE layers on borosilicate glass using the layer by layer technique and by dip coating. In order to increase the surface and thus the release of metal ions, porous SiO2 layers are addi-tionally produced, which are infiltrated with Fe-MEPE. To test the applicability of monosubsti-tuted and ditopic terpyridine ligand metal complexes as bone substitutes, hydroxyapatite bone cements are synthesized. The intent is to release the metal ions without a burst effect and without losing the pressure stability of the HA cements. The functionalization of alginate with 1-amino-5-(2,2'-6',2'-terpyrid-4'-yl-oxy) pentane results in hydrogels which exhibit a different gelling behavior than the unfunctionalised alginate. It is possible to form hydrogels with aqueous Fe (II) / Ca (II) salt mixtures. The functionalized algi-nates are bioactive. To gain a basic understanding of the MEPE cell interaction, cytotoxicity studies are first per-formed by WST-1 assay of L929 and C2C12 cells with aqueous M (II) MEPE solutions (metal ions M = Fe (II), Co (II), Ni (II), Zn (II)) in a concentration range of 1.56 × 10 -11 to 1.6 × 10 -5 mole L-1. In the concentration range Fe-MEPE shows no cytotoxic properties on the fibroblast cell line. At concentrations above 1x10-6 mol L-1 Fe-MEPE the mitochondrial activity of C2C12 cells decreases to 40%. In contrast, Co and Zn MEPEs have a strong cytotoxic effect on L929 and C2C12 cells at a concentration of 1x10-7 mol L-1. C2C12, MG63, human mes-enchymal stem cells (hMSCs) and human endothelial cells are seeded on the prepared Fe-MEPE 2D coatings to selectively stimulate the differentiation. It can be shown that Fe-MEPE inhibits the proliferation in favor of the metabolic activity of C2C12, MG63 cells and hMSCs. Further consideration of the specific myogenic differentiation markers of the C2C12 cells or the specific genes of osteogenic differentiation (osteocalcin and ALP) by means of qRT-PCR, significant mRNA-based stimuli can be detected. Likewise on the enzymatic level, the Fe-MEPE modified surfaces have a stimulating effect on the alkaline phosphatase activity of the MG63 cell line and human mesenchymal stem cells. During 3 days Fe-MEPE stimulates my-ogenic differentiation of C2C12 cells as well as osteogenic differentiation of MG63 cells and hMSCs. Thus, the results indicate that Fe-MEPE functionalized surfaces may serve as inno-vative scaffold for the treatment of bone defects.…