Biomimetic Zwitterionic Sulfobetaine Polymers As Functional Biointerfaces
Creators: name: Venkidasubramonian, Gowthamy
Publisher: name: Karlsruhe
Year: 2019
Subjects: biomimetic polymers
zwitterionic polymer brushes
synthetic stem cell culture substrates
regenerative medicine
human embryonic stem cells
stem cell expansion

description: Humane pluripotente Stammzellen (hPSC) besitzen die Fähigkeit zur Selbsterneuerung und können darüber hinaus in alle möglichen Zelltypen differenzieren. Aus diesen Gründen bieten hPSCs beispiellose Anwendungsmöglichkeiten auf dem Gebiet der regenerativen Medizin. Die vollständige Ausnutzung dieses Potenzials erfordert neue Techniken der in vitro Kultivierung um Kontrolle über Differenzierung und Proliferation der Zellen zu erhalten. Zu diesem Zweck kommen unter anderem biokompatible Polymerbeschichtungen als Kulturplattformen zum Einsatz, welche das native Milieu der Zellen so gut wie möglich nachahmen sollen. Diese Dissertation konzentriert sich auf die Entwicklung entsprechender biomimetischer Polymerbeschichtungen auf Basis von Sulfobetainen, welche abstimmbare Materialeigenschaften in Bezug auf hPSC-Adhäsion und Proliferation aufweisen sollen. Dazu wurde zunächst die CVD-Polymerisation (Chemical Vapor Deposition) angewendet um funktionalisierte, reaktive Substrate zu erhalten. Diese wurden im Folgenden mittels "grafting-from" und "grafting-to" Methoden modifiziert, um Polysulfobetain-schichten auf diesen Substraten anzubringen, welche eine Kontrolle im Hinblick auf Schichtdicke, Benetzbarkeit und Oberflächenrauhigkeit erlauben. Mittels der CVD-Polymerisation wurden Alkin-funktionalisierte Beschichtungen hergestellt, um anschließend ein RAFT-Agenz (Reversible-Additions-Fragmentierungs-Kettenübertragung) mit einer klickbaren Azidgruppe über eine metallfreie Klickreaktionen anzubinden. Aus diesen Oberflächen wurden biomimetische Polymerbeschichtungen, bestehend aus Poly[2-(Methacryloyl-oxy)ethyldimethyl-(3-sulfopropyl)ammoniumhydroxid] (PMEDSAH) mittels eines "grafting-from"-Ansatzes hergestellt. Dadurch konnten Polymerbesichtungen mit einer Schichtdicke von bis zu 20 nm und einer Oberflächenrauhigkeit von 3,6 nm mit hoher Benetzbarkeit in kontrollierter Art und Weise hergestellt werden. Darüber hinaus wurde erstmals ein modulares, molekulares System zur Polymerbeschichtung mit dem Namen Interfacial Gemini Transformers (IGT) entwickelt um das Wachstum humaner embryonaler Stammzellen (hESC) auf künstlichen Substraten zu ermöglichen. Dabei handelt es sich um Makromoleküle, bei denen eine zentrale Benzaldehydgruppe auf beiden Seiten von zwitterionischen Polysulfobetainsegmenten flankiert wird. Diese Segmente wurden nach ihrer Synthese auf funktionellen CVD-Beschichtungen mittels einer "grafting-to"-Methode immobilisiert. Die resultierenden Schichtdicken und Oberflächenladungen konnten über die Molmassen der IGTs gesteuert werden. Diese IGT-modifizierten Substrate waren für die Adhäsion und anschließende Proliferation von hESC in einem undifferenzierten Zustand geeignet. Darüber hinaus führte die räumlich kontrollierte Immobilisierung der IGTs mittels Mikrokontaktdruck zu einer entsprechenden räumlich definierten Proteinabscheidung auf CVD-modifizierten Substraten. Somit wurden biomimetische, zwitterionische Polymerbürstensysteme entwickelt, welche aufgrund ihrer einzigartigen Beziehungen zwischen Struktur und Materialeigenschaften und ihres Skalierbarkeitspotenzials für die Bereiche Biomedizin und Regenerative Medizin ein hohes Anwendungspotential besitzen.