title: Engineering novel PEGDA hydrogels for reconstructing an artificial bone niche
Creators: name: Wöran, Vinzenz Ambros
Publisher: name: :none
Year: 2024

description: Die Entwicklung von synthetisch erzeugten Geweben und Organen ist ein intensiv behandeltes Thema in der modernen experimentellen Biomedizin. Es bietet nicht nur Einblicke in die Entstehung von Geweben, sondern versucht auch, alternative Wege für therapeutische Ansätze zur Behandlung von körperlichen Beeinträchtigungen und Funktionsstörungen zu entwickeln. Außerdem wird versucht, einen funktionelle Gewebeersatz herzustellen, um eine rasche Hilfe nach chirurgischen Eingriffen bieten zu können. Insbesondere im Bereich der Knochenrekonstruktion wird intensiv an der Entwicklung von Hydrogelen und Zell-Gerüsten gearbeitet, die die Regenerations- und Entwicklungsprozesse von Knochen verbessern und beschleunigen können. Parallel dazu bieten Lab-on-Chip-Anwendungen neuartige Möglichkeiten, 2D- und 3D-Zellkulturen in die biomedizinische Entwicklung mit einzubeziehen, um ein besseres Verständnis der Entwicklung von Organoiden und Organ-ähnlichen Strukturen zu ermöglichen. Durch das Aufkommen kostengünstiger additiver Fertigungstechniken (Additive Manufacturing) kommt es gegenwärtig zu einem stetigen Fortschritt in der Entwicklung von mikrofluidischen Systemen, die für Anwendungen im Zusammenhang mit der Zellkultivierung und der Gewebeentwicklung eingesetzt werden können. Diese Verfahrenstechniken können durch schnelles und kostengünstiges Prototypisieren rasch an unterschiedliche Einflüsse angepasst werden, und bietet ein vielversprechendes Fundament für die Entwicklung in der Gewebeforschung. Unter der Leitung von Günter Lepperdinger an der Universität Salzburg haben wir einen Ansatz zur Herstellung von Hydrogelen aus Polyethylenglykol Diacrylat (PEGDA) und Hydroxyapatit (HA) für Zellkultur-spezifische Anwendungen entwickelt. Wir haben den Einfluss von Hartgewebestrukturen auf HA-Basis auf Osteoblasten-Sphäroide nachweisen können und gezeigt, dass es zu einer Differenzierung und Mineralisierung der Zellen auf HA-Hydrogelen kommen kann. Diese Masterarbeit stellt die ersten Versuche dar, 3D-Zellkultur in selbst produzierten mikrofluidischen Systemen zu etablieren. Darüber hinaus konzentrierte sich die Studie auf die Analyse und Prüfung verschiedener Materialien für künftige biotechnologische Anwendungen, um die Menge an Kunststoff in der Zellkultur zu reduzieren.
description: Tissue engineering is an intensely covered topic in modern experimental biomedicine. It not only provides insight into the development of tissues but attempts to offer alternative ways of therapeutic approaches to manage disabilities, dysfunctions as well as offering solutions for functional tissue replacements after surgical removal. Especially in bone reconstruction, extensive work is undertaken to refine hydrogels and scaffolds that improve and expedite bone regeneration and maturation processes. In parallel and addition to that, lab-on-chip applications provide novel means to incorporate 2D and 3D cell culture approaches to facilitate a more profound comprehension of organoid-like growth and development. The emergence of low-cost additive manufacturing (AM) techniques currently promotes the development of microfluidic systems for application in the context of cell cultivation, drug testing and tissue development. Combining hydrogels in microfluidic systems is generally believed to better mimic in vivo-like conditions, potentially driving a steady progress in tissue engineering research. Genuine methods can be rapidly adapted to expedite the prototyping process. Under the supervision of Günter Lepperdinger at the University of Salzburg, we have developed an approach for manufacturing hydrogels made of polyethylene glycol diacrylate (PEGDA) and hydroxy-apatite (HA) for use cell culture-specific applications. We have demonstrated the influence of HA-based hard tissue structure on osteoblast spheroids and whether differentiation and mineralisation of the structures have occurred. Initial attempts to develop microfluidic systems for 2D cell culture have also yielded promising results, suggesting the potential for combining AM applications with hydrogels in further research. This master's thesis represents the first attempts at producing 3D cell culture on hy-drogels in a cost-efficient, rapid and versatile manner, primarily for incorporation in an AM-produced microfluidic system. Furthermore, the study focused on analysing and testing several materials for future biotechnological applications to reduce the amount of non-sustainable plastic consumable in the cell culture lab.