Entwicklung und Charakterisierung von Gelatine-basierten Hydrogelen und PLGA-basierten Janus-Partikeln: = Development and characterization of gelatin-based hydrogels and PLGA-based Janus particles
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| Format: | Abschlussarbeit Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Würzburg
2016
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ENTWICKLUNG UND CHARAKTERISIERUNG VON
GELATINE-BASIERTEN HYDROGELEN UND
PLGA-BASIERTEN JANUS-PARTIKELN
DISSERTATION
ZUR ERLANGUNG DES NATURWISSENSCHAFTLICHEN DOKTORGRADES
DOCTOR RERUM NATURALIUM (DR. RER. NAT.)
DER JULIUS-MAXIMILIANS-UNIVERSITAET WUERZBURG
ANGEFERTIGT AM
UNIVERSITAETSKLINIKUM WUERZBURG - LEHRSTUHL FUER TISSUE ENGINEERING UND
REGENERATIVE MEDIZIN
UND KARLSRUHER INSTITUT FUER TECHNOLOGIE - INSTITUT FUER FUNKTIONELLE
GRENZFLAECHEN
VORGELEGT VON
SINA MARIA SIGLINDE SCHOENWAELDER
GEBOREN IN
SCHWAEBISCH GMUEND
WUERZBURG 2016
IN H A LTSV ERZEICH N IS
A B B ILD U N G SV ERZEICH N IS I
T AB ELLEN VERZEICH N IS IV
A B K UE RZU N GSVERZEICH N IS V
V ERW EN D ETE E IN H EITEN V II
1 E IN LE ITU N G 1
1.1 MOTIVATION UND ZIELSETZUNG DIESER A RB E IT
.
1
1.2 BIOMATERIALIEN IN DER M E D IZIN
.
2
1.2.1 BIOLOGISCH ABBAUBARE MATERIALIEN IN DER REGENERATIVEN MEDIZIN . .
3
1.2.2 FUNKTIONALISIERUNG VON MEDIZINISCHEN OBERFLAECHEN
.
.
. 6
1.2.3 GELATINE-BASIERTE IMPLANTATE UND IMPLANTATBESCHICHTUNGEN
.
7
1.2.4 MILCHSAEUREBASIERTE, PARTIKULAERE WIRKSTOFFFREISETZUNGSSYSTEME .
10
1.3 SCHWER BEHANDELBARE PNEUM ONIEN
.
12
1.3.1 PSEUDOMONAS AERUGINOSA
.
13
1.3.2 ASPERGILLUS
SPP.
15
1.3.3 KRANKHEITSBILD DER CYSTISCHEN FIBROSE
. 17
1.4 IN VITRO- UND IN VROO-TESTSYSTEME FUER DIE MEDIKAMENTENFORSCHUNG
.
20
1.4.1 2D-ZELLKULTUR VS. 3D-GEWEBEMODELLE . .
.
.
23
1.4.2 IN M/O-INFEKTIONSMODELL GALLERIA M
ELLONELLA. 24
2 M ATERIA L U N D M ETH O D E N 25
2.1 M A TE RIA L
.
25
2.1.1 BIOLOGISCHES MATERIAL . . .
.
. 25
2.1.2 NAEHRMEDIEN UND LOESUNGEN
.
. 27
2.1.3 K I T S
.
28
2.1.4 ANTIKOERPER, PUFFER UND LOESUNGEN FUER DIE H ISTO LO G
IE. 28
2.1.5 CHEMIKALIEN
.
29
2.1.6 GERAETE, SOFTWARE UND D ATENBANKEN
.
31
2.1.7 LABOR- UND VERBRAUCHSMATERIALIEN
.
35
2.2 METHODEN . . .
.
.
37
2.2.1 HERSTELLUNG VON GELATINE-BASIERTEN FILMEN UND DEREN CHEMISCHE UND
PHYSIKALISCHE
CHARAKTERISIERUNG.
37
2.2.1.1 CHEMISCHE FUNKTIONALISIERUNG VON O B ERFLAECH EN
. 37
2.2.1.2 ERMITTLUNG VON SCHICHTDICKEN
.
37
2.2.1.3 ROTATIONSBESCHICHTUNG VON OBERFLAECHEN
. 38
2.2.1.4 QUERVERNETZUNG DER GELATINE-BASIERTEN F I L M E
.
38
2.2.1.5 VISUALISIERUNG DER OBERFLAECHEN MITTELS RASTERELEKTRONEN
MIKROSKOPIE (ENVIRONMENTAL SCANNING ELECTRON MICROSCOPY,
ESEM)
.
.
39
2.2.1.6 CHEMISCHE CHARAKTERISIERUNG DER STABILITAET VON GELATINE
BASIERTEN FILMEN MITTELS INFRAROT-REFLEXIONS-ABSORPTIONS-
SPEKTROSKOPIE
.
40
2.2.1.7 ERMITTLUNG DER OBERFLAECHENMORPHOLOGIE UND -TOPOGRAPHIE
SOWIE DES ELASTIZITAETSMODULS DER GELATINE-BASIERTEN FILME 40
2.2.1.8 STATISCHE
KONTAKTWINKELMESSUNG. 41
2.2.2 KULTIVIERUNG, LAGERUNG UND STAMMERHALTUNG VON P. AERUGINOSA . . 41
2.2.3 KULTIVIERUNG, LAGERUNG UND STAMMERHALTUNG VON A. NIDULANS . . . 42
2.2.4 UNTERSUCHUNG DER PROTEINADSORPTION MITTELS
QUARZKRISTALL-MIKROWAAGE 42
2.2.5 CHARAKTERISIERUNG DER ADSORBIERTEN PROTEINE
.
.
44
2.2.5.1 BERECHNUNG DES S CHERM ODULS
.
44
2.2.5.2 DIFFERENZIERUNG VON MIT HUMANEN PROTEINEN BELADENEN UND
UNBELADENEN GELATINE-BASIERTEN F ILM EN.
45
2.2.5.3 IDENTIFIZIERUNG ADSORBIERTER, BAKTERIELLER PROTEINE AUF UNTER
SCHIEDLICHEN
OBERFLAECHEN. 45
2.2.6 HERSTELLUNG VON PLGA-BASIERTEN JANUS-PARTIKELN
.
47
2.2.7 CHEMISCHE UND PHYSIKALISCHE CHARAKTERISIERUNG VON WIRKSTOFFBELADE
NEN JANUS-PARTIKELN
.
.
49
2.2.7.1 MIKROSKOPISCHE ANALYSE DER PARTIKEL
.
.
49
2.2.7.2 ERMITTLUNG DER PARTIKELGROESSE MITTELS IM AG EJ
.
50
2.2.7.3 MESSUNG DER WIRKSTOFFFREISETZUNGSRATEN
.
50
2.2.8 BIOLOGISCHE CHARAKTERISIERUNG DER MIT WIRKSTOFFEN BELADENEN
PARTIKEL
IN VITRO
.
.
.
51
2.2.8.1 HEMMHOFTESTS
.
51
2.2.8.2 ALLGEMEINE ZELLKULTURTECHNIK
. 52
2.2.8.3 UNTERSUCHUNG UND NACHWEIS VON JANUS-PARTIKELN AUF 2D-
ZELLKULTUREN
.
. 55
2.2.8.4 AUFBAU VON 3D-M VITRO-'TESTSYSTEMEN DER ATEMWEGSSCHLEIM
HAUT
.
55
2.2.8.5 VORBEREITUNG DER PARTIKEL, DEREN INKUBATION MIT DEN 3D-
MODELLEN UND DIE F IX IERU N G
. 56
2.2.8.6 CHARAKTERISIERUNG DER 3D-M MFROTESTSYSTEME
.
57
2.2.9 HISTOLOGISCHE ANALYSEVERFAHREN
. 59
2.2.9.1 HERSTELLUNG VON HISTOLOGISCHEN DUENNSCHNITTPRAEPARATEN . . 59
2.2.10 CHARAKTERISIERUNG DER MIT ANTIBIOTIKUM BELADENEN JANUS-PARTIKEL
IN
VIVO
.
62
2.2.11 STATISTISCHE AUSWERTUNG DER M ESSDATEN
.
64
3 E RGEB N ISSE 65
3.1 CHEMISCHE UND PHYSIKALISCHE CHARAKTERISIERUNG GELATINE-BASIERTER
OBERFLAE
CHENBESCHICHTUNGEN
.
65
3.1.1 OBERFLAECHENANALYSE VON AMIN-MODIFIZIERTEM UND UNMODIFIZIERTEM
PARACYCLOPHAN
.
65
3.1.2 HERSTELLUNG DER GELATINE-BASIERTEN OBERFLAECHENBESCHICHTUNGEN . . .
66
3.1.3 ERMITTLUNG DER SCHICHTDICKE UND DER RAUHEIT VON OBERFLAECHENBE
SCHICHTUNGEN
.
68
3.1.4 ERMITTLUNG DES REDUZIERTEN ELASTIZITAETSMODULS DER DUENNEN GELATINE-
BASIERTEN
HYDROGELE.
72
3.1.5 ERMITTLUNG DER KONTAKTWINKEL AUF UNTERSCHIEDLICHEN OBERFLAECHEN . .
72
3.1.6 CHEMISCHE CHARAKTERISIERUNG DER GELATINE-BASIERTEN FILME
. 74
3.2 PROTEINADSORPTION AUF MEDIZINISCH RELEVANTEN OBERFLAECHEN .
.
.
75
3.2.1 QUANTITATIVE CHARAKTERISIERUNG DER PROTEINADSORPTION
.
76
3.2.2 ADN/(-A /N)-VERHAELTNISSE WAEHREND DER PROTEINADSORPTION UND DIE
BERECHNUNG DES
SCHERMODULS.
79
3.2.3 CHARAKTERISIERUNG DER ADSORPTIONSKINETIK MITTELS EXPONENTIELLEM
FITTING 80
3.3 CHARAKTERISIERUNG DER MIT PROTEINEN BELADENEN
GELATINEFILME. 82
3.3.1 ANALYSE DER ADSORPTION VON HSA UND HUMANEM FIBRINOGEN . 82
3.3.2 IDENTIFIZIERUNG DER ADSORBIERTEN BAKTERIELLEN P R O TE IN E
.
85
3.4 HERSTELLUNG UND CHARAKTERISIERUNG DER JANUS-P ARTIKEL
.
86
3.4.1 MORPHOLOGISCHE CHARAKTERISIERUNG DER P ARTIK
EL. 86
3.4.2 WIRKSTOFFFREISETZUNG AUS DEN P A R TIK E LN
. 90
3.5 BIOLOGISCHE CHARAKTERISIERUNG DER WIRKSTOFFBELADENEN PARTIKEL IN
VITRO . . . 92
3.5.1 ANTIMIKROBIELLE W
IRKUNG.
92
3.5.2 AUFBAU UND CHARAKTERISIERUNG VON 3D-TESTSYSTEMEN DER ATEMWEGS
SCHLEIMHAUT
.
95
3.5.3 INTERAKTION DER JANUS-PARTIKEL MIT HUMANEN ZELLEN IN DER 2D-KULTUR
97
3.5.4 INTERAKTION DER PARTIKEL MIT DEN 3D-TESTMODELLEN
.
97
3.5.4.1 ULTRASTRUKTURANALYSE MITTELS TEM UND R E M
.
103
3.5.4.2 UNTERSUCHUNG DES ZILIENSCHLAGS UND DES PARTIKELTRANSPORTS 104
3.5.4.3 APOPTOSE- UND
ENTZUENDUNGSMARKER. 109
3.5.4.4 TRANSPORT DER 3D-M
ODELLE.
.
110
3.5.4.5 NACHWEIS DER METABOLISCHEN AKTIVITAET DER ZELLEN IN DEN
3D -M
ODELLEN.
110
3.5.4.6 BESTIMMUNG DER ANZAHL AN EPITHELZELLEN AUF DEN 3D-MODELLENLLO
3.6 CHARAKTERISIERUNG DER ANTIBIOTIKUM-BELADENEN PARTIKEL IN V IV O
.
111
4 D ISK U SSIO N UN D A USBLICK 115
4.1 EINFUEHRUNG . 115
4.2 ETABLIERUNG VON STABILEN GELATINE-BASIERTEN FILMEN IN
UNTERSCHIEDLICHEN
SCHICHTDICKEN.
116
4.3 CHEMISCHE UND PHYSIKALISCHE EIGENSCHAFTEN VON GELATINE-BASIERTEN
FILMEN 117
4.4 BEURTEILUNG DER PROTEIN-HYDROGEL-INTERAKTION
. 118
4.4.1 DIE ADSORPTION VON HUMANEN PLASMAPROTEINEN
.
119
4.4.2 DIE ADSORPTION VON BAKTERIELLEN P RO TE IN E N
. 120
4.5 BEWERTUNG VON GELATINE ALS IMPLANTATMATERIAL BZW. ALS
IMPLANTATBESCHICHTUNG 122
4.6 ETABLIERUNG EINES PARTIKULAEREN WIRKSTOFFTRANSPORTSYSTEMS FUER DIE
INHALATIVE
A P P LIKATION
.
123
4.7 CHEMISCHE UND PHYSIKALISCHE EIGENSCHAFTEN VON PLGA-BASIERTEN
PARTIKELN 124
4.8 BEURTEILUNG DER INTERAKTION VON WIRKSTOFFBELADENEN PARTIKELN MIT
BAKTERIEN
UND PILZEN IN V I T R O .
.
125
4.9 BEURTEILUNG DER INTERAKTION VON WIRKSTOFFBELADENEN PARTIKELN UND
HUMANEN
ZELLEN IN V ITR O
.
126
4.10 CHARAKTERISIERUNG DER INTERAKTION VON WIRKSTOFFBELADENEN PARTIKELN
MIT EINEM
IN OTUEO-INFEKTIONSMODELL
.
128
4.11 BEWERTUNG DER PLGA-BASIERTEN PARTIKEL ALS WIRKSTOFFTRAEGER FUER DIE
INHALATIVE
A PPLIK ATIO N
.
128
4.12 A
USBLICK.
131
L ITERATU RVERZEICH N IS 133
A N H A N G 160
A IM R A H M EN D IESER A R B E IT EN TSTA N D EN E PU B LIK A TIO N E N
160
A.L PUBLIKATIONEN IN WISSENSCHAFTLICHEN FACHZEITSCHRIFTEN
.
161
A.2 EINGEREICHTES P A T E N T
.
161
A.3
INNOVATIONSWETTBEWERB.
161
A.4 IN VORBEREITUNG BEFINDLICHE PUBLIKATIONEN
. 161
A.5 ABSTRACTS AUF
KONFERENZEN.
161
A.6 V
ORTRAEGE.
162
A.7 P O S T E R
.
162
B S TAN D ARD P ROTOK OLLE 163
C A M IN O SAE U REZU SA M M EN SETZU N G DER U N TERSU CH TEN PR O TE IN
E 175
D D A N K SAGU N G 177
E E ID E SSTA TTLIC H E E RKLAERUNG
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