Elektrochemisch unterstützte Herstellung orientierter und gradierter Kompositmaterialien, mechanische in-vitro Stimulation und histologische Charakterisierung am Beispiel von Gelenkknorpel

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In diesem Projekt wird ein neues Verfahren zur Erzeugung orientierter Kompositmaterialien als Zellträgerstrukturen für das Tissue Engineering am Beispiel von Gelenkknorpel untersucht. Das Verfahren nutzt simultan die Kombination einer elektrochemischen Orientierung von biopolymeren Hydrogelen, der Erzeugung von Elektrolysegasen an einer Anode und der Konsolidierung durch Gefrieren. Es entsteht ein orientierter und gradierter Porenkörper, der hinsichtlich Geometrie, Steifigkeit und Oberflächenchemie dem Physiologischen relativ ähnlich ist. Dem Vorgang kann die Sedimentation von Keramikpartikeln überlagert werden. Neu im Vergleich zum Stand der Technik ist, dass das Hydrogel unmittelbar vor der Erstarrung von einem elektrischen Strom durchflossen wird. Der elektrische Stromfluss ermöglicht einen zusätzlichen Orientierungsprozess im Hydrogel und die simultane elektrochemische Abscheidung von Kalziumphosphaten. Damit ergibt sich eine Trägerstruktur, die hinsichtlich vieler Parameter dem natürlichen Knorpel-Knochen-System sehr ähnelt. Im Weiteren werden die Trägerstrukturen in-vitro besiedelt und zytologisch untersucht. Die Versuche erfolgen auch in-vitro mit einem überlagerten mechanischen Stimulus. Die belasteten zellbesiedelten Trägerstrukturen werden nach der mechanischen Stimulation mit nicht-belasteten zellbesiedelten Trägerstrukturen hinsichtlich der Zellund Matrixmorphologie durch histologische, immunhistologische und molekularbiologische (in-situ-Hybridisierung) Techniken verglichen.