Kombination biomimetischer Oberflächen und mechanischer Kräfte

Das Ziel besteht in der Entwicklung von Techniken zur Steuerung der Differenzierung von MSC durch Kombination chemischer und mechanischer Stimuli. Die Kontrolle der Zelldifferenzierung durch chemische Stimuli soll durch biomimetische Oberflächenbeschichtungen von Trägermaterialien mittels Layer-by-Layer-Methode erreicht werden. Dabei sollen biogene Polyelektrolyte mit CHI als Polykation und HEP oder HA als Polyanion zur Herstellung der Multischichten verwendet werden. Durch die Verwendung der biogenen Polyanionen soll eine der extrazellulären Matrix ähnliche Struktur geschaffen werden, die direkt oder durch spezifische Bindung von Proteinen wie Fibronektin eine gezielte Interaktion mit zellulären Adhäsionsrezeptoren erlaubt und damit Adhäsion, Wachstum und Differenzierung der MSC steuert. Die Zusammensetzung und Dicke der Multischichten kann mittels pH-Wert variiert und soll zudem genutzt werden, um die viskoelastischen Eigenschaften des Substrates zu beeinflussen, die ihrerseits über eine Steuerung der Spannung des Zellskeletts Einfluss auf das Zellverhalten nehmen sollen. Die Multischichteigenschaften werden u.a. durch Randwinkel- und Zetapotentialmessungen charakterisiert, welche Aussagen zum Mechanismus der Zelladhäsion erlauben. Die Schichtformierung soll mit QCM und SPR verfolgt werden. Die Topographie der Substrate wird mit der AFM bestimmt. Die viskoelastischen Eigenschaften der Multischichten werden mit Nanoindentationsmessungen untersucht. Als weitere Einflussgröße auf das Verhalten adhärenter MSC soll die Applikation von mechanischen Kräften durch Anströmen mit Nährmedium oder Dehnung des Substrates untersucht werden. Das Verhalten der Zellen wird mittels mikroskopischer Verfahren (Immunfluoreszenz, konfokale Laserscanningmikroskopie) sowie (immun) histochemischer, biochemischer und molekularbiologischer Verfahren charakterisiert. Schließlich sollen die im Projekt erhaltenen Erkenntnisse und Verfahren genutzt werden, um eine osteogene oder chondrogene Differenzierung von MSC durch Substrateigenschaften gezielt einstellen zu können.