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Optimizing fibrin gel architectures and mechanical properties to advance tissue regeneration and vascular network formation = Optimierung von Fibringel-Architekturen und mechanischen Eigenschaften zur Förderung der Geweberegeneration und der Bildung von Gefäßnetzwerken

Wein, Svenja^RWTH*

2025

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Svenja Wein, M. Sc. RWTH, geb. Gillner

ImpressumAachen 2025

Umfang16, 22 Seiten : Illustrationen

Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2025, Kumulative Dissertation

Genehmigende Fakultät
Fak10

Hauptberichter/Gutachter
Neuß-Stein, Sabine (Thesis advisor)^RWTH* ; Pich, Andrij (Thesis advisor)^RWTH*

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2025-01-31

Einrichtungen

1. Institut und Lehrstuhl für Pathologie (528001-2 ; 922910)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
angiogenesis (frei) ; biohybrid implant (frei) ; fibrin hydrogel (frei) ; hepatocyte growth factor (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 610

Kurzfassung
Im Bereich des Tissue Engineerings stellt die Verbesserung der Geweberegeneration einen entscheidenden Schwerpunkt dar. Die Entwicklung fortschrittlicher Scaffold-Designs steht hier im Fokus, um deren Wirksamkeit und Funktionalität zu optimieren. Fibrinhydrogel als Schlüsselkomponente bietet aufgrund seiner Biokompatibilität und Ähnlichkeit mit der natürlichen extrazellulären Matrix eine hervorragende Grundlage, die ein ideales Umfeld für die Anlagerung und das Wachstum von Zellen darstellt. Durch die Modifikation eben dieser Fibrinhydrogele mit Copolymeren wie PVP12400-co-GMA10mol% können die mechanischen Eigenschaften der Hydrogele gesteuert und ihre strukturellen Merkmale verbessert werden. Infolgedessen kann dieses Scaffold-Design die Angiogenese fördern, was für die Schaffung größerer Gewebekonstrukte, die über die natürlichen Diffusionsgrenzen hinausgehen, von wesentlicher Bedeutung ist. Die copolymer-modifizierten Hydrogele weisen ein erhöhtes Speichermodul und verbesserte Abbauraten auf, wodurch die Angiogenese in besonderem Maß gefördert wird. Diese Eigenschaften sind entscheidend für die effektive Vorvaskularisierung von Biohybrid-Implantaten. Eine weitere Innovation ist die Entwicklung eines Scaffold-Designs, das die kontrollierte Freisetzung des Hepatozyten-Wachstumsfaktors (HGF) ermöglicht, der eine wichtige Rolle in der Wundheilung einnimmt. Dieses Design umfasst eine mehrschichtige Struktur aus Fibrinhydrogelen mit integriertem HGF, deren Design optimiert wurde, sodass die Bioaktivität von HGF über längere Zeiträume erhalten bleibt. Die vorliegenden Studien haben bestätigt, dass dieses Gerüst die regenerativen Fähigkeiten von HGF aufrechterhält und wichtige zelluläre Prozesse unterstützt, die für eine effektive Geweberegeneration erforderlich sind. Der Fibrin-Hydrogel-Scaffold wurde mit dem Ziel entwickelt mit den natürlichen Heilungsmechanismen des Körpers synergetisch zusammenzuwirken und die Wundheilung effektiv zu unterstützen. Dieser Ansatz fördert die Rekrutierung körpereigener mesenchymaler Stammzellen (MSCs) aus ihren Nischen und unterstützt so den Gewebeumbau und die Wundheilung direkt an der potentiellen Implantationsstelle. Die Verwendung von Fibrinhydrogel als Ausgangsmaterial sowohl für mechanisch verstärkte Hydrogele als auch für Scaffolds mit integrierten Wachstumsfaktoren wie HGF eröffnet neue Möglichkeiten für die Entwicklung wirksamer therapeutischer Strategien in der regenerativen Medizin. Diese Fortschritte verbessern die Behandlung von chronischen Wunden und komplexen Gewebeverletzungen. Durch die Optimierung der Gerüstfunktionalität und die Verlängerung der Bioaktivität wichtiger Wachstumsfaktoren sind diese Materialien darauf vorbereitet, eine wichtige Rolle bei der Gewebereparatur und -regeneration zu spielen.

Improving tissue regeneration is a key aspect in the field of tissue engineering. The focus here is on the development of advanced scaffold designs to optimize their effectiveness and functionality. Fibrin hydrogel as a key component provides an excellent basis due to its biocompatibility and similarity to the natural extracellular matrix, providing an ideal environment for cell attachment and growth. By modifying these fibrin hydrogels with copolymers such as PVP12400-co-GMA10mol%, the mechanical properties of the hydrogels can be controlled, and their structural characteristics improved. As a result, this scaffold design can promote angiogenesis, which is essential for creating larger tissue constructs that extend beyond natural diffusion limits. The copolymer-modified hydrogels exhibit an increased storage modulus and improved degradation rates, which particularly promote angiogenesis. These properties are crucial for the effective pre-vascularization of biohybrid implants. Another innovation is the development of a scaffold design that enables the controlled release of hepatocyte growth factor (HGF), which plays an important role in wound healing. This design comprises a multilayered structure of fibrin hydrogels with integrated HGF, the design of which has been optimized so that the bioactivity of HGF is maintained over longer periods of time. These studies have confirmed that this scaffold maintains the regenerative capabilities of HGF and supports key cellular processes required for effective tissue regeneration. The fibrin hydrogel scaffold was designed to work synergistically with the body's natural healing mechanisms to effectively support wound healing. This approach promotes the recruitment of the body's own mesenchymal stem cells (MSCs) from their niches and thus supports tissue remodeling and wound healing directly at the potential implantation site. The use of fibrin hydrogel as a source material for both mechanically enhanced hydrogels and scaffolds with integrated growth factors such as HGF opens new possibilities for the development of effective therapeutic strategies in regenerative medicine. These advances improve the treatment of chronic wounds and complex tissue injuries. By optimizing scaffold functionality and prolonging the bioactivity of key growth factors, these materials are poised to play an important role in tissue repair and regeneration.

Dokumenttyp
Dissertation / PhD Thesis

Format
print

Sprache
English

Externe Identnummern
HBZ: HT030955653

Interne Identnummern
RWTH-2025-01634
Datensatz-ID: 1004806

Beteiligte Länder
Germany