Multifunktionale Synthetische Mikrogele als Trägermaterialien zur Kontrolle von Protein-Zell Interaktionen und Extrazellulärer Matrixheterogenität auf der Nanoskala

• Antragsteller: Dr. Torsten Rossow
• Fachliche Zuordnung: Polymermaterialien ; Biomaterialien
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 279360998

Ziel des beantragten Projektes ist die Verkapselung von Stammzellen in synthetische, multifunktionelle Mikrogele zur Nachahmung der extrazellulären Matrix, um Zell-Zell-, Zell-Matrix- und Zell-Liganden-Wechselwirkungen exakt kontrollieren und verstehen zu können. Als Materialplattform sollen Multiarm-Poly(ethylenglykole) (PEG)s hergestellt werden, die entweder Cyclooctin- oder Azid-Funktionalitäten tragen. Die zytokompatible spannungs-vermittelte Azid-Alkin-Cycloaddition erlaubt dann die Vernetzung dieser Komponenten in Gegenwart von Zellen und deren Verkapselung. Durch Kombination dieser Vernetzungschemie mit tröpfchenbasierter Mikrofluidik können Einzel-Zell-beladene Mikrogele unter effektiver Kontrolle ihrer Monodispersität, Partikelgröße und der Topologie des Netzwerkes hergestellt werden. Der zuletzt genannte Aspekt kann durch den Einsatz von Multiarm-PEGs unterschiedlicher Armanzahl (vier und acht) und unterschiedlicher Armlänge adressiert werden, wodurch die Heterogenität und Maschenweite der chemischen Netzwerke kontrolliert werden kann. Diejenigen Arme der Vorläufer-Polymere, die nicht zur Vernetzung benötigt werden, können mit Liganden zur Zelladhäsion, mit Wachstumsfaktoren oder mit weiteren funktionellen Gruppen modifiziert werden. Hierfür werden sowohl Vier- als auch Achtarm-PEGs gewählt, wodurch die Präsentation der Liganden ebenfalls auf der Nanometerskala gesteuert werden. Dieses Baukastenprinzip erlaubt es in bisher nicht möglicher Konsistenz zu untersuchen, wie die extrazelluläre Matrix die Differenzierung, Ausspreizung und Vermehrung von Stammzellen steuert und reguliert. Darüber hinaus können durch die Verwendung von Mikrogelpartikeln Zell-Zell-Interaktionen untersucht werden, indem die zellbeladenen Mikrogele zu größeren 3D-Konstrukten assembliert werden. Dadurch ist es möglich, hoch funktionelle Gewebe aufzubauen, die unterschiedliche Zelltypen enthalten. Ich beabsichtige ein in-vitro 3D-Modell für die Hämatopoese zu entwickeln, mit dem der Einfluss von mesenchymalen und hämatopoetischen Stammzellen als auch von vaskulären Zellen und Osteoblasten auf die hämatopoetische Stammzellnische untersucht werden kann.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: USA
• Beteiligte Institution: Harvard University ; Harvard School of Engineering and Applied Sciences
• Gastgeber: Professor David Mooney, Ph.D.