Nachhaltige in vitro Kultivierungsansätze in der Zellkulturtechnik: Xenofreie Kultivierungsoptimierung mit Thrombozytenlysat

Abstract

Zweidimensionale (2D) oder dreidimensionale (3D) in vitro Kultivierungen vieler Säugetierzellen erfordern eine Supplementierung mit Serum. In klinischen Studien für die regenerative Medizin werden vermehrt mesenchymale Stammzellen (mesenchymal stem/stromal cell, MSC) eingesetzt. Vor einer erfolgreichen Anwendung ist in den meisten Fällen eine ex vivo Expansion oder in vitro Differenzierung der MSCs erforderlich. Optimierte Kultivierungsbedingungen spielen daher eine Schlüsselrolle für den Therapieerfolg. Die Entwicklung und erfolgreiche Etablierung effizienter xenofreier Kultivierungsbedingungen für MSCs können die Wahrscheinlichkeiten für Risiken und Komplikationen nach der Behandlung minimieren und gleichzeitig den Behandlungserfolg nachhaltig positiv beeinflussen. Im ersten Teil dieser Arbeit wurde die Proliferation und Differenzierung von humanen mesenchymalen Stammzellen aus Fettgewebe (human adipose tissue derived mesenchymal stem cells, hAD-MSCs) in 2D und 3D Zellkultursystemen (Gelatin Methacryloyl (GelMA) Hydrogelen) unter Verwendung von drei verschiedenen Mediensupplementen (fetales Kälberserum, Humanserum und humanes Thrombozytenlysat (hPL)) analysiert und verglichen. In beiden Zellkultursystemen erwies sich das hPL als vielversprechendes Mediumsupplement. In den Hydrogelen zeigte es sowohl als Supplement im Wachstumsmedium als auch als Zusatz zur Formulierung des Hydrogels einen positiven Einfluss auf das Zellverhalten. In dem zweiten Teil dieser Arbeit wurden Hydrogele verschiedener Steifigkeit mit unterschiedlichen Konzentrationen von hPL formuliert und untersucht. Die Zugabe von hPL verbesserte konzentrationsabhängig die Zellausbreitung, Proliferation sowie die osteogene Differenzierung von hAD-MSCs. Darüber hinaus erhöhte die Zugabe von hPL die Viskosität und Steifigkeit der Hydrogele und hatte einen positiven Einfluss auf die Formstabilität. Im dritten Teil dieser Arbeit wurden additiv gefertigte resorbierbare Polymerkonstrukte auf ihre Eignung als Zellgerüst für eine xenofreie Kultivierung untersucht. Das untersuchte Biopolymer erwies sich als biokompatibel auch nach erfolgter Degradation und kann als osteokonduktives Implantatgerüst für das Tissue Engineering eingesetzt werden. Unter xenofreien Bedingungen mit hPL kann eine beschleunigte osteogene Differenzierung bei unbeeinträchtigter Zellmorphologie erreicht werden.