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Modification of fibrin to improve applications in regenerative medicine
Tatjana Morton
Art der Arbeit
Dissertation
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Chemie
Betreuer*in
Martijn van Griensven
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Alle Rechte vorbehalten / All rights reserved
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-30222.53820.775569-8
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Abstracts

Abstract
(Deutsch)
Die Methode von Tissue Engineering oder der Gewebezüchtung drängt uns Matrizen oder Stützgerüste , die Gewebearten imitieren in vitro zu entwickeln. Tissue Engineering setzt die Präsenz von sich regenerierenden Zellen, biologisch degradierenden Matrizen und Bioreaktoren, die die zelluläre Umwelt regulieren. Zellen und biologische Matrizen können mit unterschiedlichen Methoden verwendet werden. Fibrin stellt eine gut anwendbare biologisch abbaubare Matrix, an die regulatorische Faktoren wie Wachstumsfaktoren binden, dar. In unseren Studien testeten wir Fibroblasten Wachstumsfaktor 2 (FGF-2) Peptide, welche eine Bindungsaffinität zu Fibrin(ogen) aufweisen, auf ihre biologische Aktivität an isolierten humanen Fettstammzellen. FGF-2 Peptide hatten keine Auswirkung auf die Proliferation der Zellen, aber führten zu einer Erhöhung der Kollagen Ia2 und Kollagen III mRNA Expression innerhalb einer Inkubationszeit von 7 Tagen. Weitere Experimente beschäftigten sich mit dem kontrollierten Freisetzung von Substanzen aus Fibrin. Substanzen, die keine natürliche Bindungsaffinität zu Fibrin(ogen) aufweisen, wurden an sogenannte Fibrin-Anker (Fibronektin oder Trombin), die eine Bindedomäne zu Fibrin(ogen) haben, gebunden. Mit diesem System zeigte sich eine kontinuierliche Freisetzung dieser Substanzen aus der Fibrinmatrix. Eine weiter Methode der Modifikation von Fibrin war die Produktion von Fibrinmatten durch elektrisches Spinnen. Fibrinogen und Trombin wurden in einer Hexafluoroisopropanol-Lösung gelöst und zu Nanofasern gesponnen. Auf Grund des geringen Durchmessers der Nanofasern bilden sie eine attraktive Matrix für Zellkontakte. Die Ähnlichkeit in der Größe des Netzwerks und der 3-dimensionalen Anordnung der Nanofasern zu extrazellulären Matrixcomponenten erleichtern Zellen den Kontakt und die Anhaftung zur Matrix. Zuletzt beschäftigten wir uns noch mit einer neuen Methode um 3-dimensionale mesenchymale Stammzell-Konstrukte in Fibrin zu erzeugen. Amniotische mesenchymale Stammzellen wurden mit Fibrin vermischt. Innerhalb von 8 Tagen wurde das Fibrin durch die zelluläre Spannung zu einem schlauchartigen Konstrukt kontrahiert. Dieses Fibrin-Zell-Konstrukt wurde in einem Bioreaktor über einen Zeitraum von 14 Tagen mit 0.1 Hz auf eine Länge von 114% gedehnt. Histologische Untersuchungen zeigten eine hohe Dichte von Kollagen im gedehnten Bereich. Diese Resultate weisen auf eine neue Methode zur Produktion in vitro von funktionellen Konstrukten wie Sehnen oder Bänder hin.
Abstract
(Englisch)
Tissue engineering approaches urge us to develop and create engineered matrices or scaffolds biomimicking tissue in vitro. Tissue engineering implies the presence of reparative/regenerative cells, biodegradable scaffolds, and bioreactors to control the cellular environment. Cells and biomaterial scaffolds can be utilized in many ways. Fibrin represents a useful biodegradable matrix that also binds to regulatory signals such as growth factors. In our studies we tested fibroblast growth factor-2 (FGF-2) peptides, which have a binding affinity to fibrin(ogen) of their biological activity and behavior on isolated human adipose-derived stem cells. FGF-2 peptides had no proliferation effect, but elevated collagen Ia2 and collagen III mRNA expression within 7 days of incubation compared to FGF-2 addition. Further experiments concerned the controlled release of substances out of fibrin. These agents, not having a fibrin-binding domain, were bound to a fibrin anchor (fibronectin or thrombin), which has a naturally binding domain to fibrin(ogen), and showed continous release from the matrix. Another approach was the production of fibrin mats using electrospinning. Fibrinogen and thrombin solved in a hexafluoroisopropanol solution were electrospun to nanofibers. Due to the small diameters of the electrospun fibrin nanofiber, they are more attractive for cell attachment. Their similarity in size to native extracellular matrix components and the 3-dimensional structure allows cells to attach to several fibers in a more natural geometry. In addition, seeded cells showed different proliferation patterns on matrices containing growth factors in comparison on nanofibers without additives. Finally, a novel method for generating three-dimensional mesenchymal stem cell (MSC)-based constructs using fibrin gel casting were used for amniotic MSC, which were mixed within the fibrin gel. Over the next 8 days, cell-mediated tension contracts the gel around two artificial anchors, resulting in small tubular constructs. Following formation, these constructs were connected to a stepper-motor and were uniaxially loaded to 114% of their resting length at 0.1 Hz over 14 days. Histological analysis of the constructs showed a high density of collagen between the anchors. These data indicate that MSC/fibrin-based gels provide a novel method to engineer three-dimensional functional constructs as tendon or ligament in vitro.

Schlagwörter

Schlagwörter
(Englisch)
fibrin FGF-2 tissue engineering mechanical stimulation electrospinning controlled release
Schlagwörter
(Deutsch)
Fibrin FGF-2 Tissue Engineering Mechanische Stimulierung
Autor*innen
Tatjana Morton
Haupttitel (Englisch)
Modification of fibrin to improve applications in regenerative medicine
Paralleltitel (Deutsch)
Modifikation von Fibrin zum verbesserten Einsatz in der regenerativen Medizin
Publikationsjahr
2009
Umfangsangabe
144 S. : Ill., graph. Darst.
Sprache
Englisch
Beurteiler*innen
James Kirkpatrick ,
Fritz Pittner
Klassifikationen
30 Naturwissenschaften allgemein > 30.30 Naturwissenschaften in Beziehung zu anderen Fachgebieten ,
35 Chemie > 35.71 Biochemische Methoden ,
44 Medizin > 44.33 Physiologische Chemie
AC Nummer
AC05040756
Utheses ID
5277
Studienkennzahl
UA | 091 | 419 | |
Universität Wien, Universitätsbibliothek, 1010 Wien, Universitätsring 1