Entwicklung zwei- und drei-dimensionaler humaner in vitro-Systeme zur Untersuchung der Grenzflächeninteraktionen zwischen Metallen und Biosystem

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Ziel dieses Forschungsvorhabens ist die Etablierung relevanter zwei- und dreidimensionaler in vitro-Systeme mit ausschließlich humanen Zellen, um das Biosystem um einen implantierten Metallwerkstoff zu simulieren. Mit Hilfe dieser Modellsysteme werden Metalle, wie sie als Korrosions- und Abriebprodukte von Metallimplantaten vorkommen können, bezüglich ihrer Wirkung auf die Struktur und Funktion von Zellen an der Grenzfläche untersucht. Dabei werden in einer vergleichenden Studie Titan/Titan-beta-Legierungen und Cobalt-Chrom-Legierungen als Probekörper sowie in Partikelform untersucht. Darüber hinaus werden die entsprechenden Metallionen zum Vergleich herangezogen und Oberflächenmodifikationen der Titanwerkstoffe auf ihre Biofunktionalität in vitro überprüft. Wegen der biologischen Signifikanz des Endothels bei der periimplantären Entzündungsreaktion sowie der angiogenetischen Antwort im Gewebe bei der Wundheilungsreaktion werden in der beantragten Förderperiode primär isolierte humane dermale mikrovaskuläre Endothelzellen (HDMEC) sowie eine im eigenen Labor etablierten Zellinie (HPMEC-ST1) untersucht. An diesen Zellen werden relevante Parameter der Entzündung und Immunreaktion (Zytokinproduktion, Expression von Zelladhäsionsmolekülen, stressinduzierten Genen und Histokompatibilitätsantigenen) sowie Reparation (angio-genetische Antwort, Zellzyklus-Parameter und Apoptose-Marker) mittels zell- und molekularbiologischer Techniken erfasst. In Zusammenarbeit mit werkstoffwissenschaftlichen Partnern, welche relevante physikochemische Parameter erfassen, werden Mechanismen der Material-induzierten biologischen Reaktionen untersucht.Diese Vorgehensweise erlaubt eine Annäherung an den dreidimensionalen Zustand an der Grenzfläche zwischen Werkstoff und Biosystem.