Synthese und Charakterisierung von maßgeschneiderten bioabbaubaren Hydrogelsystemen für eine Anwendung in der Biomedizin
Creators: name: Pätzold, Florian
Publisher: name: TU Dortmund
Year: 2022
Subjects: subject: Polymer
subject: Hydrogel
subject: Bioabbaubar
subject: Biomedizin
subject: Biomaterial
subject: 540
subject: Polymer
subject: Hydrogel
subject: Biomedizin

description: Due to their diverse properties, hydrogels are not only used in everyday life, but also form the basis for a large part of life in the form of animal and plant tissue. In the form of the extracellular matrix, hydrogels not only act as a support scaffold for cells, but also influence various cellular processes such as proliferation, migration and differentiation due to the cell-matrix interactions that occur. In biomedical research, the potential of hydrogels as bioactive carrier materials has been recognized and explored with respect to a variety of potential applications. This work was dedicated to the development of biocompatible hydrogel systems for application in biomedical research as artificial extracellular matrices. Synthetic biofunctionalized thiol-containing prepolymers based on 4-acryloylmorpholine and N,N'-bis(methacryloyl)cystamine were used, which were linked into a network by the use of various polymeric crosslinkers. In addition to the use of poly(ethylene glycol)-based crosslinkers, newly developed biodegradable systems based on poly(2-oxazolines) were also used to prepare the hydrogels. By varying different crosslinkers and gel concentrations, it was not only possible to produce hydrogels with variable stiffness from 0.1 to 51 kPa, but also to control their hydrolytic degradation behavior in such a way that degradation times of several days to months could be realized. Cell experiments were used not only to verify the biocompatibility of the newly developed systems, but also to perform initial studies on the adhesion behavior of cells to the gel surface with COS-7 cells.
description: Hydrogele finden aufgrund ihrer vielfältigen Eigenschaften nicht nur im Alltag eine Anwendung, sondern stellen auch die Grundlage für einen Großteil des Lebens in Form von tierischem und pflanzlichem Gewebe dar. Hydrogele, in Form der extrazellulären Matrix, übernehmen dabei nicht nur die Aufgabe als tragendes Gerüst für die Zellen, sondern beeinflussen aufgrund der auftretenden Zell-Matrix-Wechselwirkungen auch verschiedene zelluläre Prozesse wie Proliferation, Migration und Differenzierung. In der biomedizinischen Forschung wurde das Potential der Hydrogele als bioaktive Trägermaterialien erkannt und bezüglich einer Vielzahl potenzieller Anwendungen beforscht. Diese Arbeit widmete sich der Entwicklung von biokompatiblen Hydrogelsystemen für die Anwendung in der biomedizinischen Forschung als künstliche extrazelluläre Matrizes. Dabei wurden synthetische, biofunktionalisierte, thiolhaltige Präpolymere auf der Basis von 4-Acryloylmorpholin und N,N‘-Bis(methacryloyl)cystamin verwendet, welche durch den Einsatz von verschiedenen polymeren Vernetzern zu einem Netzwerk verbunden wurden. Neben der Verwendung von Poly(ethylenglykol)-basierten Vernetzern wurden auch neuentwickelte, bioabbaubare Systeme auf der Basis von Poly(2-oxazolinen) zur Herstellung der Hydrogele verwendet. Durch die Variation verschiedener Vernetzer und Gelkonzentrationen war es im Rahmen dieser Arbeit dabei nicht nur möglich, Hydrogele mit einer variablen Steifigkeit von 0,1 bis 51 kPa herzustellen, sondern auch deren hydrolytisches Abbauverhalten zu steuern, sodass Abbauzeiten von einigen Tagen bis hin zu Monaten realisiert werden konnten. Mithilfe von Zellexperimenten war es nicht nur möglich die Biokompatibilität der neu entwickelten Systeme zu verifizieren, es konnten auch erste Untersuchungen bezüglich des Adhäsionsverhaltens von Zellen an die Geloberfläche mithilfe von COS-7-Zellen durchgeführt werden.