Untersuchung gewebe-spezifischer Zellfunktionen cornealer Zelltypen durch Modifikation der extrazellulären Umgebung: Ein Beitrag zur prospektiven Entwicklung von bioaktiv-biomimetischen Biomatrizes in der Augenheilkunde

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Zellfunktionen, wie Adhäsion, Proliferation und Differenzierung, die zeitlebens auch den Funktionserhalt cornealer Gewebe steuern, werden durch die Interaktion von Zellen mit ihrer extrazellulären Umgebung determiniert. Daher verfolgen wir in einem zweistufigen Vorgehen das Ziel, zellfunktions-assoziierte Biomarker in Abhängigkeit zu biomechanischen Parametern der Zellumgebung unter definierten Bedingungen zu analysieren, und hierdurch in ihrer Expression zu optimieren. In Stufe 1 ahmen wir hierzu die Zellumgebung durch mikrotechnologisch generierte Pillar- Modelloberflächen nach. Die Expression ausgewählter Biomarker wird in cornealen Monolayer- Zellsystemen untersucht, die auf solchen Modelloberflächen etabliert werden. Durch definierte Variation der biomechanischen Modelloberflächen-Parameter (i) Mikromuster von Zelladhäsions- Punkten, (ii) Elastizität/E-Modul und (iii) Biofunktionalisierung soll ihre Expression optimiert werden. In Stufe 2 zielen wir in einem Transfer weiterhin darauf ab, die Parameter Biofunktionalisierung und deren Konfiguration sowie das E-Modul auf bereits verfügbare Biomaterialien wie Hyaluronsäure und Polyethylenglykol zu übertragen, um hier ihre Wirkung auf die Biomarker zu untersuchen. Dieses Bioaktivitäts-Konzept soll durch weitere biomimetische Modifikation der Biomaterialien mit Wachstumsfaktoren verfeinert, und in die Analyse neben den Monolayern auch ein interaktives Kokultur-Zellsystem integriert werden. Die fortschreitende Kenntnis der biomechanischen und biomolekularen Komposition der extrazellulären Umgebung erweitert das Wissen der cornealen Zellund Gewebephysiologie, nutzt aber klinisch auch der Weiterentwicklung bestehender sowie der Entwicklung innovativer biomimetischer Biomaterialen auf dem Gebiet der cornealen regenerativen Medizin.