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Smarte Biomaterialien aus proteinbasierten Komposit-Nanofasern: Zellinteraktion mit 3D-Nanofaserscaffolds aus Biopolymeren - Mechanische Eigenschaften im Fokus

Fachliche Zuordnung Biomaterialien
Statistische Physik, Nichtlineare Dynamik, Komplexe Systeme, Weiche und fluide Materie, Biologische Physik
Förderung Förderung von 2015 bis 2022
Projektkennung Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 267326782
 
Erstellungsjahr 2023

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Im Gewebe sind Zellen von Protein-Nanofasern umgeben, die die extrazelluläre Matrix bilden. Bei einer Verletzung verschließen Fibrin-Nanofasern die Wunde, und die Geweberegeneration beginnt. Da es großen Bedarf für neue faseriger Proteingerüste mit maßgeschneiderter Funktionalität gibt, haben wir verschiedene Verfahren entwickelt, um nanofaserige Proteingerüste unter physiologischen Bedingungen herzustellen. Unsere wichtigsten Methoden sind die Extrusion durch Nanoporen und die Selbstorganisation von Fibrinogen- und Kollagen-Nanofasern. Mit diesen Techniken konnten wir die molekulare Zusammensetzung, Nanotopographie und hierarchische Anordnung der Fasergerüste kontrollieren. Um die Topographieabhängigkeit beim Zellwachstum zu untersuchen, haben wir ein neues Verfahren zur Herstellung von Kollagen- und Fibrinogengerüsten mit nanofaseriger und glatter Topographie in ausgewählten Regionen entwickelt. Studien mit Fibroblasten zeigten, dass die Topographievariation zu Veränderungen der Zellgröße, -morphologie und -migration führte. Durch die Modifikation von Aluminiumoxid-Nanoporen mit Kollagen-Nanofasern konnten wir die Adhäsion von Fibroblasten und Keratinozyten verbessern und das Eindringen von E. Coli- Bakterien verhindern. Bei der Modifikation von mikroporösem Aluminiumoxid mit Kollagen-Nanofasern beobachteten wir erstmals einen Aufrolleffekt, der zu freistehenden Kollagengerüsten führte, die für das Tissue Engineering von Haut interessant sein könnten. Mit der salzinduzierten Selbstorganisation von Fibrinogen haben wir ein neues In Vitro-Verfahren zur Herstellung von Nanofasern etabliert. Die Faserbildung ging einher mit geringfügigen Veränderungen in der Sekundärstruktur, und die mechanischen Eigenschaften der Fasergerüste ähnelten denen von nativem Fibrin. Fibrinogen-Nanofasern waren biokompatibel für Fibroblasten, Keratinozyten und Blutplättchen, und es konnten keine E. Coli-Bakterien durch die Fasern dringen. Abhängig vom Substratmaterial entstanden freistehende oder immobilisierte Fasergerüste, die durch Hochskalierung des Prozesses mehrere Zentimeter groß waren. Mit diesen neuen Methoden zur Herstellung nanofaseriger Proteingerüste haben wir eine vielseitige Plattform geschaffen, um ausgewählte Aspekte der Zell-Material-Interaktion in vitro zu untersuchen und neue Gerüste für die regenerative Medizin zu entwickeln.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

 
 

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