http://join2-wiki.gsi.de/foswiki/pub/Main/Artwork/join2_logo100x88.png

Material and cell biological characterization of cell-laden hydrogels functionalized by plant virus nanoparticles to enhance osteogenic differentiation

Lin, Ying-Ying^RWTH*

2021

VerantwortlichkeitsangabeYing-Ying Lin, M.Sc.

Ausgabe1. Aufl.

ImpressumAachen : Verlag Mainz 2021

UmfangX, 127 Seiten : Illustrationen, Diagramme

ISBN978-3-95886-427-6

Dissertation, RWTH Aachen University, 2021

Englische und deutsche Zusammenfassung

Genehmigende Fakultät
Fak05

Hauptberichter/Gutachter
Fischer, Horst (Thesis advisor)^RWTH* ; Commandeur, Ulrich Heinrich (Thesis advisor)^RWTH*

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2021-11-10

Einrichtungen

1. Klinik und Lehrstuhl für Zahnärztliche Prothetik und Werkstoffkunde (542000-2)
2. Fachgruppe für Materialwissenschaft und Werkstofftechnik (520000)

Projekte

1. Biomineralisierung dreidimensional gedruckter Hydrogele für den Knochenersatz mittels biotechnologisch modifizierten Pflanzenvirus-Nanopartikeln, die geeignete Peptide in hohen lokalen Konzentrationen präsentieren (403762164) (403762164)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
biomineralization (frei) ; bone tissue engineering (frei) ; hydrogel functionalization (frei) ; osteogenic differentiation (frei) ; plant virus nanoparticles (frei) ; potato virus X (frei) ; tobacco mosaic virus (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 620

Kurzfassung
Plant virus nanoparticle (VNP) is a useful platform with biocompatibility and versatile monodisperse protein structures that can be engineered with bioactive cues, offering opportunities to functionalize bioinert hydrogels for tissue engineering. The hypothesis in this study was that osteogenesis of human mesenchymal stem cells (hMSCs) and biomineralization could be enhanced by incorporating VNPs, which were engineered with osteogenesis-associated or cell-adhesive peptides, into cell-laden hydrogels. Cellular responses to VNPs were examined in both 2D and 3D cultures, including VNP-cell distribution, cell attachment, morphology, and osteogenesis. VNP-laden agarose or agarose-collagen hydrogels were characterized in terms of release rate, mineralization effect, mechanical properties, and usage as bioink. The results revealed enhanced osteogenic differentiation when cells were cultured on VNP-coated surfaces, and attachment of VNPs to cells as well as at least 84 % of VNP retention were observed in hydrogels. Mineralization effect was pronounced in VNP-laden hydrogels, which also demonstrated the superiority of the enriched peptides on VNPs over free peptides and VNPs with fewer peptides. Finally, VNP-laden hydrogels showed good bioprinting reproducibility. Prospectively, VNPs could be conjugated with vasculogenesis-inducing factors, thereby potentially induce more effectively 3D-printed in vitro pre-vascularization in hydrogels.

Pflanzenvirus-Nanopartikel (VNP) sind eine nützliche biokompatible Plattform mit vielseitigen monodispersen Proteinstrukturen, die mit bioaktiven Signalen versehen werden können und Möglichkeiten zur Funktionalisierung von bioinerten Hydrogelen für das Tissue Engineering bieten. Die Hypothese in dieser Studie war, dass die Osteogenese humaner mesenchymaler Stammzellen (hMSCs) und die Biomineralisation durch die Einarbeitung von VNPs, die mit Osteogenese-assoziierten oder zelladhäsiven Peptiden versehen waren, in zellbeladenen Hydrogelen verstärkt werden können. Die zellulären Reaktionen auf VNPs wurden sowohl in 2D- als auch in 3D-Kulturen untersucht, einschließlich VNP-Zellverteilung, Zellanhaftung, Morphologie und Osteogenese. VNP-beladene Agarose- oder Agarose-Kollagen-Hydrogele wurden hinsichtlich der Freisetzungsrate, des Mineralisierungseffekts, der mechanischen Eigenschaften und der Verwendungsmöglichkeit in der Biotinte charakterisiert. Die Ergebnisse offenbarten eine verstärkte osteogene Differenzierung, wenn Zellen auf VNP-beschichteten Oberflächen kultiviert wurden. Die Anhaftung von VNPs an Zellen sowie eine VNP-Retention von mindestens 84 % wurden in Hydrogelen beobachtet. Der Mineralisierungseffekt war in VNP-beladenen Hydrogelen ausgeprägt, was auch die Überlegenheit der angereicherten Peptide auf VNPs gegenüber freien Peptiden und VNPs mit weniger Peptiden zeigte. Schließlich konnte eine gute Reproduzierbarkeit beim Bioprinting mit VNP-beladenen Hydrogelen nachgewiesen werden. Perspektivisch könnten VNPs mit Vaskulogenese-induzierenden Faktoren konjugiert werden, um dadurch möglicherweise effektiver 3D-gedruckte In-vitro-Prävaskularisation zu induzieren.

Dokumenttyp
Dissertation / PhD Thesis/Book

Format
print

Sprache
English

Externe Identnummern
HBZ: HT021177009

Interne Identnummern
RWTH-2021-11170
Datensatz-ID: 836229

Beteiligte Länder
Germany