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Fragestellung: Ziel der Studie ist es, neuartige Beschichtungen für Biomaterialien zu entwickeln, die mittels Funktionalisierung mit selektiven Proteinen Zellreaktionen gezielt beeinflussen können. In vorausgehenden Arbeiten konnten wir zeigen, dass eine 30 nm dünne Beschichtung mit sternförmigem Polyethylen-Glykol (StarPEG) und eine Funktionalisierung mit zelladhäsions-vermittelnden RGD-Peptiden und unterschiedlichen Wachstumsfaktoren, z.B. BMP-2 oder BMP-4, Auswirkungen auf Vitalität und Differenzierbarkeit von in vitro kultivierten mesenchymalen Stammzellen (MSZ) haben. In dieser weiterführenden Arbeit sollte nun untersucht werden, ob es Unterschiede im zellulären Response durch die Anbindung von Wachstumsfaktoren mit Hilfe degradierbarer Linker an die StarPEG-Oberfläche gibt.

Methodik: In der vorliegenden Arbeit wurden verschiedene Wachstumsfaktoren BMP-2, BMP-4, sowie die PDGF- Liganden (-AA, -AB und –BB) in Kombination mit RGD-Peptiden kovalent in StarPEG-Oberflächen eingebunden. Zusätzlich wurden diese Wachstumsfaktoren mit Hilfe degradierbarer Linker an die Oberfläche angebunden. Es wurden humane primäre Osteoblasten und MSZ verwendet. Die Zellen wurden unter Einhaltung der Vorschriften der Ethik-Kommission der Universität Ulm, isoliert. Aufgrund Stammzell-typischer Oberflächenmarker (z.B. STRO-1) und deren Differenzierungspotential wurden die aus dem Knochenmark isolierten MSZ typisiert. Nach Aussaat der Zellen wurde der Einfluss der modifizierten Oberflächen auf die Zellen zu unterschiedlichen Zeitpunkten dokumentiert. Die Auswertung der Zell-Matrix-Interaktionen erfolgte anhand histologischer und molekularbiologischer Methoden.

Ergebnisse: Die Zelladhäsion war von der Art der angebotenen Wachstumsfaktoren abhängig. Während bei den angebotenen Oberflächen mit kovalent angebundenen BMPs die Zellen mit vermehrter Proliferation und Matrix-Deposition reagierten, zeigten die MSZ in Gegenwart von PDGF-Liganden hauptsächlich eine verstärkte Proliferation. Die BMP-modifizierten Oberflächen führten neben einer sehr starken Matrix Deposition auch zu einer verstärkten osteogenen Differenzierung der MSZ, was durch immunhistologische Nachweise gezeigt werden konnte. War die Konzentration an gebundenem Wachstumsfaktor zu groß, kam es zu Apoptose-Effekten. Im Ansatz mit frei verfügbaren Wachstumsfaktoren waren diese Effekt nicht zu beobachten. Ähnliche Beobachtungen konnten gemacht werden, wenn die Faktoren über degradierbare Linker an die Oberfläche gebunden wurden.

Schlussfolgerung: An StarPEG gebundene Wachstumsfaktoren behalten ihre biologische Aktivität. Durch den modularen Aufbau der Beschichtung und der Möglichkeit, Wachstumsfaktoren auch über degradierbare Linker an die Oberfläche zu binden, ergeben sich neuartige Möglichkeiten zur Funktionalisierung von Biomaterialoberflächen. Dies ist ein wichtiger Schritt zur gezielten Beeinflussung zellulärer Aktivitäten an Implantatoberflächen.