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Biogene thermoresponsive Polyelektrolyt-Multischichten als potentielle Substrate für die Herstellung konfluenter Zellschichten für Tissue Engineering

Fachliche Zuordnung Biomaterialien
Förderung Förderung von 2017 bis 2022
Projektkennung Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 369505795
 
Erstellungsjahr 2023

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Das thermoresponsive Poly(N-isopropylacrylamid) (PNIPAM) wird üblicherweise in biomedizinischen Anwendungen verwendet, wie z.B. zur kontrollierten Arzneimittelfreisetzung und zur Gewebezüchtung, aber das Fehlen von Bioaktivität schränkt seine Verwendung in zellhaltigen Systemen als thermoresponsives Substrat ohne regulierende Wirkung auf Zellwachstum und Differenzierung ein. In diesem Projekt werden Polysaccharide aus Cellulosesulfat (CS) und Chitosan (CHI) mit PNIPAM-Einheiten (PCS bzw. PCHI) gepfropft, um die Bioaktivität von PNIPAM- beschichteten Substraten zu verbessern und Zellen nach dem Wachstum ablösen zu können. Verschiedene Strategien wurden verwendet, um Polysaccharide mit unterschiedlichen Substitutionsgraden herzustellen, die PNIPAM- und Sulfatgruppen enthalten. Die resultierenden Polymere zeigen im Allgemeinen thermoresponsive Eigenschaften, z.B. indem sie einen Trübungspunkt bei 31–33 °C aufweisen, und können als Polyelektrolyte verwendet werden, um thermoresponsive Polyelektrolyt-Multischichten (PEM) unter Verwendung der Layer-by-Layer-Technik (LbL) herzustellen. Höher sulfatiertes PCS2 bildet mit Trübungspunkttemperaturen (TCP) von etwa 33 °C im Allgemeinen größere Aggregate als niedriger sulfatiertes PCS1, während PCS1 bei Körpertemperatur (37 °C) zu größeren Aggregaten führt. Die insitu-Untersuchung durch Oberflächenplasmonenresonanz und Quarzkristallmikrowaage belegt die Bildung von PEMs bei 25 °C mit beiden Polyanionen. Durch die Verwendung von PCS zur PEM-Bildung in Kombination mit Poly-L-Lysin oder quaternisiertem Chitosan wurden im Vergleich zu CHI, das als Polykation verwendet wurde, stabilere PEM gebildet. Studien zur Toxizität und Biokompatibilität dieser PEMs unter Verwendung von 3T3-Mausfibroblasten zeigten eine geringere Zytotoxizität von PEM mit PCS2 im Vergleich zu niedriger sulfatierten Derivaten (CS1, PCS1). Durch die Verwendung von PNIPAM-gepfropftem Chitosan (PCHI) bilden sich insbesondere mit dem bioaktiven Polyanion Chondroitinsulfat PEMs, die die Adsorption von Vitronectin und damit die Zelladhäsion unterstützen, was mit multipotenten murinen Stammzellen gezeigt werden konnte. Die Stabilität von PEM mit PCH wird bei physiologischem pH 7,4 durch chemische Vernetzung weiter verbessert, indem 1-Ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)carbodiimid/N- Hydroxysuccinimid verwendet wird. Darüber hinaus zeigen diese PEMs eine Änderung der Quellfähigkeit und unterschiedlicher Oberflächenbenetzbarkeit in Reaktion auf Temperaturänderungen, was die Adsorption und Desorption von Adsorptionsproteinen Vitronectin auslöst. PEMs, die solche thermoresponsiven Polysaccharide in Kombination mit Sulfatgruppen verwenden, besitzen ein großes Potenzial für neue bioaktive, thermoresponsive Beschichtungen auf Biomaterialien für verschiedene Gewebezellen und Anwendungen im Tissue Engineering.

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