Zelladhäsionsförderung

Titan und seine Legierungen sind bioinerte Materialien mit hervorragenden biomechanischen Eigenschaften, die besonders im Bereich der Knochen- und Gelenkrekonstruktion eingesetzt werden. Dabei wird die Integration dieser Materialien in das umliegende Gewebe stark von der Oberflächenstruktur und der chemischen Zusammensetzung der Implantate beeinflusst. Als erfolgversprechend für eine optimale Implantatintegration gilt die Immobilisierung von zelladhäsionsfördernden Molekülen auf die Implantatoberfläche. Die RGD-Sequenz (Aminosäuresequenz: Arginin-Glycin-Asparaginsäure) ist ein bekanntes Motiv vieler Proteine der extracellulären Matrix, welches eine wichtige Rolle bei der Integrin-vermittelten Zelladhäsion spielt.
In unserer Arbeitsgruppe wurde ein neues Beschichtungssystem für Titanimplantatmaterialien entwickelt, das auf zellspezifischen Liganden basiert. Der Schwerpunkt liegt dabei auf RGD-funktionalisierten Oberflächen, deren Zelladhäsionsverhalten detailliert getestet wurde.
Als Modellsubstrate für Implantatmaterialien kamen Titan-beschichtete Borofloat-Glas-Träger sowie polierte TiAl6V4-Probekörper zum Einsatz. Auf die gereinigte und mittels Wasserdampf-Plasmabehandlung voraktivierte Oberfläche wurde zunächst ein Aminotitanat-Haftvermittler aufgebracht, über dessen freie Aminogruppen anschließend die Anbindung von Carboxymethyldextran (CMD) erfolgte. Für die weitere Modifizierung wurde 2-(2-Pyridinyldithio)-ethylamin an die ungebundenen Carboxylgruppen des CMD gekuppelt und anschließend die Oberfläche durch einen Disulfid-Austausch über die SH-Gruppe des Cystein-terminierten Nonapeptids mit RGD-Sequenz funktionalisiert. Die Charakterisierung der neuen Schicht erfolgte nach dem jeweiligen Beschichtungsschritt mittels XPS-Messung.

Die in-vitro-Untersuchungen zur Zelladhäsion wurden mit Mausfibroblasten (3T3-Zellen) durchgeführt. Um die Zellen zu detektieren und die Bildung von fokalen Adhäsionsstellen zu untersuchen, wurde eine Immunofluoreszenzfärbung mit Vinculin in Kombination mit einer DAPI-Kernfärbung eingesetzt. Es konnte gezeigt werden, dass  die durchschnittliche Zellfläche der gespreiteten Zellen auf RGD-haltigen Dextranschichten (rechtes Bild) im Vergleich zu reinem Titan und RGD-freien Beschichtungen (mittleres Bild) deutlich höher ist.
Neben den oben genannten Materialien können auch andere Haftvermittler und Polymere zur Beschichtung eingesetzt werden. Außerdem ermöglicht das System neben RGD auch die Anbindung anderer zelladhäsionsfördernder Moleküle. Als biologische Testsysteme kommen neben der genannten Färbung mit Vinculin auch andere Verfahren wie zum Beispiel Adhäsionstests und weitere Zelllinien zum Einsatz.

Ansprechpartner:
Manuela Dubs   
Dr. Jürgen Weisser