Go to page
 

Bibliographic Metadata

Title
3D osteogenic differentiation of adipose-derived stem cells in a thermosensitive poly-caprolactone scaffold / submitted by Veronika Hruschka
Additional Titles
3D Differenzierung von Fettstammzellen in einer thermosensitiven Poly-Caprolactone Matrix
AuthorHruschka, Veronika
CensorWolbank, Susanne
Published2013
Description124 S. : Ill., graph. Darst.
Institutional NoteWien, Med. Univ., Diss., 2013
Annotation
Abweichender Titel laut Übersetzung der Verfasserin/des Verfassers
Zsfassung in dt. Sprache
LanguageEnglish
Bibl. ReferenceOeBB
Document typeDissertation (PhD)
Keywords (DE)Fettstammzellen / 3D / Differenzierung / Polycaprolactone / thermoreversibel
Keywords (EN)Adipose-derived stem cells / 3D / Differentiation / polycaprolactone / thermoreversible
URNurn:nbn:at:at-ubmuw:1-17819 Persistent Identifier (URN)
Restriction-Information
 The work is publicly available
Files
3D osteogenic differentiation of adipose-derived stem cells in a thermosensitive poly-caprolactone scaffold [7.35 mb]
Links
Reference
Classification
Abstract (German)

Im Bereich der Gewebezüchtung werden Materialien aus verschiedenen Komponenten und mit verschiedenen Designs mit Zellen kombiniert um ein Zellgerüst zu formen, welches in einen Defekt implantiert werden kann. Ein neuer Ansatz involviert die Verwendung on injizierbaren Trägermaterialien. Im Vergleich zu festen Materialien bieten diese zusätzliche Optionen, unter anderem die Möglichkeit Zellen oder Wachstumsfaktoren mit dem Konstrukt zu vermengen, eine reduzierte Invasivität oder die Möglichkeit ungleichmäßige Formen zu füllen. Eine Kategorie von injizierbaren Matrizen sind thermosensitive Träger, bei denen die Materialien mittels physikalischer Interaktionen verbunden werden. In dieser Studie wurde ein komplett bioresorbierbares Biomaterial, poly(ε-caprolactone) (PCL), mit dem Polymer poly(PEG methacrylate ethyl ether) (polyPEGMA-EE246) kombiniert um ein thermosensitives Konstrukt zu formen, welches bei 4C flüssig und bei 37C fest ist. Zuerst wurde eine Methode etabliert, welche die histologische Analyse von thermosensitiven Biokonstrukten erlaubt. Durch die Einbettung in Gelatine kann das Konstrukt in seiner festen Form stabilisiert werden und dadurch anschließend transferiert, histologisch präpariert, geschnitten und gefärbt werden. Ziel des Projektes war es die Tauglichkeit des Konstrukts für die Unterstützung von Knochen- und Weichgewebezüchtung zu untersuchen. Dafür wurde die PCL- polyPEGMA-EE246 Matrix mit Zellen, die Stammzelleigenschaften besitzen, kombiniert. Die Zelllinie C2C12 eignet sich als Charakterisierungszellinie, da sie sowohl myogenes als auch osteogenes Differenzierungspotential zeigt. Humane Fettstammzellen wurden als Primärzellen herangezogen, um die Relevanz der PCL- polyPEGMA-EE246 Matrix zu prüfen. Fettstammzellen haben das Potential zu Zelltypen von mesodermalen Ursprungs, inklusive Adipozyten und Osteoblasten, zu differenzieren. Es wurde untersucht ob das Konstrukt die 3D Zellanheftung, -viabilität, -verteilung, -beständigkeit und -differenzierung unterstützt. Zum Vergleich wurden Zellen die in 2D Zellkulturen auf Standard Zellkulturschalen kultiviert bzw. differenziert wurden herangezogen. Zellen der C2C12 Zelllinie sowie Fettstammzellen waren überlebensfähig und gleichmäßig im Konstrukt verteilt. Im Vergleich zur 2D Zellkultur zeigten Zellen der C2C12 Zelllinie in 3D ein limitiertes osteogenes, dafür ein verbessertes myogenes Differenzierungspotential. Ein gesteigertes adipogenes Differenzierungspotential wurde beobachtet wenn Fettstammzellen in 3D differenziert wurden, dahingegen wurde keine Verbesserung im osteogenen Differenzierungspotential von Fettstammzellen gefunden, wenn sie in 3D differenziert wurden. Die Effizienz eines Trägermaterials in vivo ist abhängig von der Neubildung von Blutgefäßen in einem Konstrukt um Zellen mit Nährstoffen versorgen zu können. Wir evaluierten, ob die polyPEGMA-EE246 Matrix Vaskularisierung ermöglicht in einem in vivo Modell. In diesem Modell wird ein Blutgefäßbündel mit einem Silikonröhrchen umhüllt. Der dadurch entstandene Raum zwischen dem Silikonröhrchen und den Blutgefäßen kann mit Biomaterialien befüllt werden. Ein Anstieg in neugebildeten Blutgefäßen wurde innerhalb der ersten zwei Wochen detektiert, gefolgt von einem Rückgang in der Gesamtvaskularisierung nach vier Wochen. Keine Entzündungszeichen waren zu erkennen. Zusammenfassend wurde eine thermoreversible PCL-basierende Matrix auf ihre Tauglichkeit für den Bereich der Gewebezüchtung evaluiert. In vitro unterstütze die Matrix die myogene Differenzierung von Zellen der C2C12 Zelllinie sowie die adipogene Differenzierung von Fettstammzellen. In vivo konnte eine zelluläre Infiltration sowie Gefäßbildung in einem Angiogenesemodell beobachtet werden. Dies legt den Schluss nahe, dass die Matrix die Bildung von Weichgeweben unterstützt und dadurch einen vielversprechenden Kandidat für weitere Gewebezüchtungsansätze darstellt.

Abstract (English)

For tissue engineering (TE) purposes, scaffolds of various components and designs are combined with cells to form a construct that can be implanted in a defect site. A new approach involves the usage of injectable scaffolds, which offer additional options compared to solid matrices, such as the possibility to homogenously distribute cells or growth factors within the construct, the reduced invasiveness or the potential to fill and adjust to irregular shapes. One class of injectable scaffolds are thermoresponsive scaffolds, in which the materials are cross-linked via physical interactions. In this study, a fully bioresorbable biomaterial, poly(ε-caprolactone) (PCL) was combined with the polymer poly(PEG methacrylate ethyl ether) (polyPEGMA-EE246) to form a thermoresponsive construct that is liquid at 4C and solid at 37C. As a first step, a method was established that allows the histological analysis of thermoresponsive scaffolds. Using gelatin embedding, the scaffold can be stabilised in its solid form and can be subsequently transferred, histologically prepared, sectioned and stained. We were interested in the suitability of the scaffold to support bone and soft TE. Therefore, the PCL- polyPEGMA-EE246 scaffold was combined with cells featuring stem cell characteristics. The C2C12 cell line has myogenic as well as osteogenic differentiation potential and serves therefore as ideal characterisation cell line. Human adipose tissue-derived stromal cells (ASCs) were used as primary cell source to proof the relevance of the PCL- polyPEGMA-EE246 for TE. ASCs have the potential to differentiate towards cell types of mesodormal origin, including adipocytes and osteoblasts. The suitability of the scaffold to support 3D cellular attachment, survival, distribution, persistence as well as differentiation was characterised in comparison to 2D cultures on regular cell-culture dishes. C2C12 cells as well as ASCs were viable and found evenly distributed within the scaffold. C2C12 cells showed a limited potential to differentiate towards the osteogenic lineage in 3D conditions and improved myogenic differentiation in 3D compared to 2D. Increased adipogenic differentiation in 3D compared to 2D was found when differentiating ASCs, whereas also ASCs showed no improved osteogenic differentiation in 3D compared to 2D. The performance of a scaffold in vivo is dependent on the formation of new vessels in the constructs for cellular nutrient-supply. We evaluated whether the scaffold was able to support vascularisation in an in vivo model by sheathing a vessel bundle with a silicon tube that can be filled with the biomaterial of interest. An increase in newly formed vessels was detected during the first two weeks followed by a decline in total vascularisation at week four. No signs of inflammation were visible. To conclude, a thermoresponsive PCL-based scaffold was evaluated for its suitability for TE purposes. In vitro, the scaffold was able to support the differentiation of C2C12 cells towards the myogenic lineage as well as adipogenic differentiation of ASCs. In vivo, cellular infiltration and vessel formation was observed in an angiogenesis model. This suggests that the scaffold supports the formation of soft tissues and is therefore a promising candidate for further TE approaches.

Stats
The PDF-Document has been downloaded 7 times.