title: Der Einfluss von Photoinitiatoren auf die Viabilität von Knochenzellen
Creators: name: Lettner, Theresa
Publisher: name: :none
Year: 2016

description: Photoinitiatoren sind Substanzen, die bei Einwirkung von Strahlung zur Umwandlung einer viskosen Monomerlösungen in ein verfestigtes Material führen. Die Photopolymerisation ist zeitlich und räumlich kontrollierbar und läuft innerhalb kürzester Zeit bei Raumtemperatur und physiologischem pH-Wert ab. Die milden Reaktionsbedingungen ermöglichen den Einbau von Biomolekülen und lebenden Zellen. Im Bone Tissue Engineering können mithilfe der Photopolymerisation exakt geformte und komplex strukturierte Konstrukte gefertigt werden, die mit knochenbildenden Zellen und Biomolekülen kombiniert, als künstliche Gewebe zur Reparatur und Regeneration von Knochendefekten dienen. Photopolymisierbare Biomaterialien können auch injiziert und direkt am Ort des Gewebedefekts verfestigt werden. Bei der Aktivierung bildet der Photoinitiator reaktive Spezies, die dann die Polymerisationsreaktion auslösen. Sowohl die aktivierende Strahlung als auch die gebildeten Radikale können oxidative Zellschäden hervorrufen. Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Zytokompatibilität von Photoinitiatoren mit Knochenzellen. Die drei Photoinitiatoren Irgacure 2959, Irgacure 369 und BA 740 wurden in unterschiedlichen Konzentration mit und ohne UV-Aktivierung getestet. Als Zellkultur-Modelle dienten primäre Maus-Osteoblasten, humane Osteoblasten und Maus-Osteoklasten-Vorläuferzellen. Schon die UV-Bestrahlung alleine bewirkte eine Reduktion der Zellviabilität. Eine dosisabhängige Toxizität der drei Substanzen auf alle getesteten Zelltypen, die durch die UV-Aktivierung verstärkt wurde, wurde gezeigt. Die Maus-Osteoblasten wurden stärker beeinträchtigt, als die humanen Osteoblasten. Ein Vergleich der Verdopplungszeiten von Maus- und humanen Osteoblasten bestätigte einen zuvor beobachteten Zusammenhang zwischen schneller Proliferationsrate und hoher Sensitivität unterschiedlicher Zelltypen. Die unterschiedliche Zusammensetzung der Kulturmedien könnte sich auf das Ausmaß der Zellschädigung ausgewirkt haben. Der Einfluss des Antioxidans Ascorbinsäure, das nur dem Medium der humanen Osteoblasten zugesetzt worden war, wurde in einer eigenen Versuchsreihe geprüft. Ein Schutz der Maus-Osteoblasten gegenüber UV-Schädigung konnte gezeigt werden. Irgacure 2959 zeigte sich aufgrund seiner besseren Wasserlöslichkeit und geringeren Toxizität als vorteilhaft. Irgacure 2959 wurde in etwa 100fach höheren Konzentrationen von den Knochenzellen toleriert als Irgacure 369 und BA 740. Nach UV-Aktivierung war die höchste verträgliche Konzentration sogar um den Faktor 1000 höher als von BA 740. Für die endgültige Auswahl des am besten geeigneten Photoinitiators ist die jeweilige Anwendung mitentscheidend. Auch die Effizienz der einzelnen Photoinitiatoren unter den entsprechenden Bedingungen muss bei ihrer Bewertung berücksichtigt werden.
description: Photoinitiators are chemicals which induce the conversion of a viscous-liquid monomer solution to a crosslinked polymer, when exposed to specific wavelengths of light. The main advantages of photopolymerization are the spatial and temporal control over the gelation process and the fast curing rates under room temperature and physiological pH. The mild conditions allow for the encapsulation of biomolecules and living cells. In the field of bone tissue engineering photopolymerizable materials can be used to fabricate tailor-made scaffolds with complex structures. Scaffolds are combined with bone forming cells and biomolecules to serve as grafts for the regeneration of bone defects. Biomaterials can be injected and photopolymerized in situ on the site of defect. During activation the photoinitiator produces reactive species which induce the polymerization reaction. Irradiation itself as well as the generated radicals can cause oxidative cell damage. This thesis investigates the cytocompatibility of photoinitiators with bone cells. Different concentrations of three Photoinitiators, Irgacure 2959, Irgacure 369 and BA 740 with and without UV-activation were tested. Primary mouse osteoblasts, human osteoblasts and murine osteoclast precursors served as cell culture models. Irradiation with UV-light caused a reduction in cell viability. A dose-dependent toxic effect of the three photoinitiators was observed, which increased due to UV-activation. Mouse osteoblasts were more affected than human osteoblasts. The comparison of the doubling times of murine and human osteoblasts showed a correlation between proliferation rate and sensitivity to photoinitiators, which was also observed in other studies. The osteoblasts were cultured in different media. The antioxidant ascorbic acid was added to the human osteoblast medium only and may have contributed to the lower toxic effect on these cells. Therefore the effect of ascorbic acid in the culture medium was further investigated. When mouse osteoblasts were cultured in medium supplemented with ascorbic acid, a protective effect against UV-light was observed. Due to the higher water solubility and lower toxicity, Irgacure 2959 seemed to be the most favourable photoinitiator tested. The highest concentrations tolerated by bone cells were 100 folds higher for Irgacure 2959 than for Irgacure 369 and BA 740 and after UV-activation even 1000 folds higher compared to BA 740. However, to decide which photoinitiator is most suitable, the polymerization efficiency of the compounds under applied conditions must also be considered.