Nanostrukturierte Biomaterialbeschichtungen zur Steuerung von Zelladhäsion und -proliferation

Das Ziel vorliegender Arbeit besteht darin, Zellen (Fibroblasten, Osteoblasten) durch eine geeignete Methode der Oberflächenmodifizierung in Hinblick auf ihre Adhäsion und Proliferation steuern zu können. Sie untergliedert sich in zwei Teilabschnitte. Einerseits besteht die Aufgabe darin, eine Methode zur Modifizierung von Biomaterialien in Form von Multischichten mittels LbL-Beschichtung auf dem Modellsubstrat Glas zu etablieren und zu optimieren. Damit soll die Biokompatibilität in Bezug auf die o. g. speziellen Zelltypen moduliert werden. Zentraler Untersuchungsgegenstand dieses Schwerpunktes ist die Wahl und Testung von LbL-Prozessparametern, wie z. B. die Art der Polyelektrolyte, die Ionenstärke und der pH-Wert der wässrigen Lösungen. Das synthetische Polyethylenimin für die erste adsorbierte Schicht und die biogenen Polyelektrolyte Heparin und Chitosan zur weiteren alternierenden Schichtbildung wurden aufgrund verschiedener Kriterien ausgewählt. Die Optimierung der LbL-Methode fokussiert auf den Prozessparameter „pH-Wert“ der Polyelektrolytlösungen. Unterschiedliche physiko-chemische und biologische Analyseverfahren sollen der Aufklärung der Selbstassoziationsprozesse an Oberflächen dienen, um Rückschlüsse auf ihre Struktur-Eigenschaftsbeziehungen ziehen zu können. Aufgrund der interessanten Möglichkeit der spezifischen Interaktion der Multischichten mit dem Adhäsivprotein Fibronektin als ein Mediator der Zelladhäsion werden damit verbundene Untersuchungen zu einem gewichtigen Gegenstand des ersten Abschnitts. Im zweiten Teil dieser Arbeit wird die Kombination der LbL-Methode mit der Mikrofluidik dargestellt. Es wird erstmalig versucht – sofern aus der Literatur bekannt –, Multischichten in einem Mikrofluidiksystem zu erzeugen, die durch einen pH-Gradienten ausgezeichnet sind. Durch Einspeisen von wässrigen Lösungen mit pH-Werten, die im ersten Teilabschnitt optimiert wurden, sollen diese nun zu adsorbierten Polyelektrolyt-Multischichten mit einem linearen pH-Gradienten führen. Der Polyelektrolytgradient wird dabei durch das zuvor beschriebene Kanalsystem erzeugt und auf dem Modellsubstrat abgeschieden. Diese Untersuchungen dienen der Charakterisierung der Adsorptionsvorgänge selbst. Insbesondere wird jedoch die Reaktion von Osteoblasten auf diese Oberflächenmodifizierung in Bezug auf ihre Adhäsion und ihr Migrationspotenzial untersucht.