Universität zu Köln

Jahn, Philipp Alexander ORCID: 0009-0001-6474-4282 (2024). Verkapselung von Zellen in Poly(N-Isopropylacrylamid) zur skalierbaren Generierung von Mikrogeweben Inaugural-Dissertation zur Erlangung der Doktorwürde der Medizinischen Fakultät der Universität zu Köln. PhD thesis, Universität zu Köln.

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Abstract

Multizelluläre Mikrogewebe in Form von unregelmäßig geformten oder kugelförmigen Clustern können Zell-Zell-Interaktionen abbilden und gewinnen in verschiedenen Bereichen, darunter auch in der Herz-Kreislauf-Forschung, zunehmend an Bedeutung. Kardiale Mikrogewebe entwickeln sich zu hervorragenden Modellsystemen für die Arzneimittelprüfung in vitro („organ-on-a-chip“), werden als Gewebebausteine in 3D Druckverfahren verwendet und ebnen den Weg für verbesserte Zellersatztherapien in vivo. Mikrogewebe werden zum Beispiel im hängenden Tropfen oder speziellen Mikrotiterplatten kultiviert. Wirklich skalierbare Methoden zur Herstellung von Mikrogeweben sind bisher nicht verfügbar. In dieser Studie wird eine neue Methode zur Verkapselung von Zellen in Sphäroiden aus Poly N Isopropylacrylamid (PNIPAAm) vorgestellt. PNIPAAm fällt oberhalb seiner unteren kritischen Lösetemperatur (LCST) zu einem wasserunlöslichen, physikalisch verknüpften Gel aus und schrumpft durch den Ausstoß von Wasser. Aus murinen induziert pluripotenten Stammzellen gewonnene Kardiomyozyten und aus murinem Knochenmark gewonnene mesenchymale Stammzellen wurden in einem Mikrofluidiksystem in PNIPAAm verkapselt. Indem die Temperatur über die (LCST) von 32 °C erhöht wurde, wurden die Zellen in einem kollabierenden Polymernetzwerk eingeschlossen und die Zelldichte in den Polymerkapseln um den Faktor 2,7 erhöht. Innerhalb von 24 Stunden wurden zunächst stabile Herzmikrogewebe gebildet und später durch Auswaschen des PNIPAAm bei Temperaturen unterhalb der LCST aus ihrer Polymerhülle gelöst. Rhythmisch kontrahierende Mikrogewebe zeigten eine homogene Zellverteilung, eine altersabhängige Sarkomerorganisation und die Erzeugung von Aktionspotenzialen. Der neuartige Ansatz ist für die Bildung vitaler Mikrogewebe homogener Eigenschaften geeignet. Außerdem können verschiedene Zelltypen durch das Polymer in ein Gewebe zusammengeführt werden. Das ermöglicht eine Steigerung in der Vielfalt der modellierbaren Gewebe. In Zukunft kann die entwickelte Technik in skalierbare Arbeitsabläufe integriert werden.

Item Type:	Thesis (PhD thesis)
Translated title:	Title Language Engineering of cardiac microtissues by microfluidic cell encapsulation in thermoshrinking non-crosslinked PNIPAAm gels English
Creators:	Creators Email ORCID ORCID Put Code Jahn, Philipp Alexander philipp_jahn@t-online.de https://orcid.org/0009-0001-6474-4282 UNSPECIFIED
URN:	urn:nbn:de:hbz:38-732056
Date:	2024
Language:	German
Faculty:	Faculty of Medicine
Divisions:	Faculty of Medicine > Physiologie und Pathophysiologie > Institut für Neurophysiologie
Subjects:	Chemistry and allied sciences Life sciences Medical sciences Medicine
Uncontrolled Keywords:	Keywords Language Micro Tissue English Cardiac Tissue Engineering English Microfluidics English Cell Encapsulation English PNIPAAM UNSPECIFIED
Date of oral exam:	8 May 2024
Referee:	Name Academic Title Pfannkuche, Kurt Prof. Sengle, Gerhard Prof. Wakili, Reza Prof.
Refereed:	Yes
URI:	http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/73205