Funktionalisierung von Oberflächenbeschichtungen auf Basis von Polyelektrolyt-Multischichtsystemen für die Stimulierung der osteogenen Stammzelldifferenzierung

Abstract

Polyelektrolyt-Multischichtsysteme bieten vielversprechende Möglichkeiten für die Entwicklung innovativer Strategien in der Therapie von Knochendefekten. Besonders eignen sich dafür nanostrukturierte Oberflächenbeschichtungen von Knochenersatzmaterialien unter Verwendung der Layer-by-Layer-Technik, denen durch gezielte Funktionalisierung das intrinsische Potenzial verliehen wird, in situ zelluläre Regenerationsmechanismen zu stimulieren. Im Rahmen der Dissertation wurden dafür die folgenden Konzepte untersucht: 1) Lipid/DNA-Komplexe (Lipoplexe) wurden für die Funktionalisierung von Polyelektrolyt-Multischichtsystemen eingesetzt, die für das osteoinduktive Protein BMP-2 kodieren und dieses in situ an humanen mesenchymalen Stammzellen exprimieren können. 2) Eine Funktionalisierung erfolgte mit Liposomen, die das osteoinduktive Arzneimittel Dexamethason enthalten und in der Lage sind, die Differenzierung von mesenchymalen Stammzellen zu Osteoblasten zu stimulieren.

Polyelectrolyte Multilayer Systems offer promising opportunities for the development of innovative strategies in bone defect therapy. Nanostructured surface coatings on bone substitute materials, utilizing the Layer-by-Layer technique, can be strategically functionalized to unlock their intrinsic potential for stimulating in situ cellular regeneration mechanisms. Within the scope of this dissertation, two key concepts were explored: 1) Lipid/DNA complexes (lipoplexes) were employed for functionalizing polyelectrolyte multilayer systems encoding the osteoinductive protein BMP-2. These systems enable in situ expression of BMP-2 by human mesenchymal stem cells. 2) Functionalization was also achieved using liposomes containing the osteoinductive drug Dexamethasone, capable of stimulating the differentiation of mesenchymal stem cells into osteoblasts.