title: Neue Ansätze zur Produktion Kollagen-basierter Biomaterialien
Creators: name: Golser, Adrian V.
Publisher: name: University of Bayreuth
Year: 2019
Subjects: subject: collagen
subject: silk
subject: byssus
subject: tissue replacement
subject: biomaterials
subject: preCol
subject: engineered collagen
subject: 570

description: Kollagen ist ein zentraler Bestandteil der extrazellulären Matrix und damit eines der am häufigsten vorkommenden Proteine im Tierreich, welches somit maßgeblich für die Struktur, Form und Mechanik des darauf basierenden Gewebes verantwortlich ist. Die biomedizinische Verwendbarkeit von Kollagen wurde bereits früh erkannt, nachdem festgestellt wurde, dass sich gereinigte Kollagenfasern, die aus der Submucosa des Dünndarms von Tieren gewonnen wurden, als resorbierbares Nahtmaterial eignen, welches seither als Catgut bekannt ist. Trotz möglicher unerwünschter Nebenreaktionen, wie z.B. der Möglichkeit einer allergischen Reaktion auf derartige Xenotransplantate, wird Kollagen heutzutage in vielfältige Morphologien prozessiert und findet besonders als Barriere- und Füllsubstanz bei der Geweberekonstruktion Verwendung als Biomaterial. Im Zuge dieser Arbeit wurde deshalb versucht, den Anspruch eines rekombinanten Kollagens an das Expressionssystem besonders in Hinsicht auf die Notwendigkeit von Sekundärmodifikationen zu verringern. Als ein möglicher Kandidat in diesem Zusammenhang wurde das Muschelbyssuskollagen preColD gewählt und erfolgreich in P. pastoris produziert. Es konnte gezeigt werden, dass die Selbstassemblierung von preColD möglich ist, da flankierende Domänen vorhanden sind, die die Entstehung von Gelatine-artigen Netzwerken verhindern, indem sie eine Erstassemblierung ermöglichen, die als Keim für die Ausbildung einer korrekt gefalteten Kollagen-Tripelhelix dient. Diese Beobachtung konnte im Zuge einer zweiten Arbeit bestätigt werden, in der ein synthetisches (GPP)50-Polymer in E. coli rekombinant produziert wurde. Das so genannte eCol wurde am Aminoterminus mit einem redox-schaltbaren Foldon versehen, welches unter oxidierenden Bedingungen Cystin-Brücken ausbildet und damit zur Oligomerisierung der gelösten Monomere führt. Im Zuge von Schmelzpunktbestimmungen wurde der Einfluss der Foldon-Domäne auf das Assemblierungsverhalten der eCol-Konstrukte unterschiedlicher Länge untersucht und dabei festgestellt, dass eine derartige Domäne ausreichend ist, um eine Assemblierung von tripelhelikalem Kollagen unter physiologischen Bedingungen zu ermöglichen. Weiterhin wurde beobachtet, dass das gezeigte (GPP)n-basierte Polymer überraschend stabil ist und auch ohne das Vorhandensein von Hydroxyprolin Schmelzpunkte weit jenseits derer von natürlichem Kollagen aufweist. Außerdem konnte gezeigt werden, dass die Cytokompatibilität von eCol dahingehend gewährleistet ist, dass es im nativen Zustand keinerlei Interaktion mit Zelloberflächenrezeptoren wie z.B. Integrin zeigt und damit eine aus biologischer Sicht inerte Oberfläche bietet, an welche mehrere untersuchte Zelllinien nicht adhärierten. Wurde das langkettige eCol als Matrix für kurzkettige (GPP)n-Peptide genutzt, welche zusätzlich spezifische Adhäsionsmotive tragen, fand daran die Zelladhäsion statt. Es konnte also gezeigt werden, dass es durch rationales Design möglich ist, rekombinant produzierbare, kollagenartige Proteine herzustellen, die die Möglichkeit zur schaltbaren Selbstassemblierung besitzen und zusätzlich dazu genutzt werden können, gewünschte Funktionalitäten gezielt in das Protein einzubringen, wodurch rekombinante Kollagene in Zukunft gute Kandidaten für Anwendungen als Biomaterial sind.