Materialtechnische und biologische Wechselwirkungen an der Oberfläche mikrostrukturierter bioaktiver Gläser für den Knochenersatz

Die vorliegende Arbeit behandelt die gezielte Oberflächenstrukturierung von bioaktiven Gläsern und deren Charakterisierung bezüglich Bioaktivität sowie Zellreaktionen von humanen mesenchymalen Stammzellen und osteoklastenartigen Zellen. Mittels Schwerkraftguss in eine laser-mikrostrukturierte Platin-Gold-Form wurden geradlinige, parallele Rillenstrukturen auf die bioaktiven Gläser 45S5 und 13-93 aufgebracht. Anschließend wurden diese in Simulated Body Fluid, sowohl entsprechend der etablierten Methode nach Kokubo als auch in einem neu entwickelten Bioreaktor, der physiologische Strömungsbedingungen an der Probenoberfläche simuliert, untersucht. Die Strukturen hielten den aggressiven Bedingungen 30 Tage stand ohne vorzeitig einzuebnen oder abzuplatzen. Durch In-Vitro-Zellkulturuntersuchungen mit humanen mesenchymalen Stammzellen konnten eine einwandfreie Zytokompatibilität sowie ausgeprägte contact guidance sowohl der Zellen selbst als auch des Zytoskeletts sowie der Zellkerne nachgewiesen werden. ELISA und qPCR-Analysen zeigten eine Tendenz zur verstärkten osteogenen Differenzierung auf den strukturierten Oberflächen, insbesondere auf 45S5. Ebenso wurde durch qPCR-Analysen und Lakunenbildung eine Stimulation von osteoklastenartigen Zellen festgestellt. Daraus kann gefolgert werden, dass Rillenstrukturen im Mikrometerbereich das Einheilen sowie die Remodellierung von Bioglasimplantaten in vivo verbessern könnten.