Authors:	Klein, Anja
Title:	Functionalisation of biomaterials with bone sialoprotein for joint and bone replacement
Online publication date:	26-Apr-2018
Year of first publication:	2018
Language:	english
Abstract:	Mangelnde Osseointegration von Implantaten und die Suche nach einem adäquaten Ersatz für die als Goldstandard geltende autologe Knochentransplantation sind zentrale Herausforderungen, denen sich die Biomaterialforschung stellen muss. Daher beschäftigt sich diese Arbeit mit der Möglichkeit der Biomaterialfunktionalisierung mit rekombinant hergestelltem Bone Sialoprotein (BSP) und anschließender Evaluierung dieser Materialien für den Knochen- beziehungsweise Gelenkersatz. Zentrale Bestandteile der Arbeit waren die Etablierung und Überprüfung einer BSP Beschichtung von drei verschiedenen Trägermaterialien - Titan, Calciumphosphat-Zement sowie Kollagen. Die biologischen Auswirkungen wurden zunächst in vitro anhand von Viabilitäts-, Morphologie-, Genexpressions- und Angiogenese-Untersuchungen mit primären humanen Osteoblasten sowie humanen Endothelzellen charakterisiert. Abschließend erfolgte die Evaluierung in vivo mit BSP beschichteten Calciumphosphat-Zementen an einem etablierten Maus Kalotten-Bohrlochdefektmodell (desmale Ossifikation) und einem Ratten Femurkondylen-Bohrlochdefektmodell (endochondrale Ossifikation). Die Ergebnisse zeigen, dass BSP erfolgreich an verschiedene Trägermaterialien gekoppelt werden kann. BSP-funktionalisierte Materialien fördern in vitro die Osteoblastendifferenzierung und weisen einen angiogenesefördernden Effekt auf. Diese Effekte führten jedoch in vivo nur zu tendenziell verbesserter Knochenbildung. Die unzureichende Signifikanz in vivo wirft weitere Fragen auf, da bereits unbeschichtete Calciumphosphat-Zemente die Knochenbildung unterstützen. Dessen ungeachtet stellt die BSP Funktionalisierung aufgrund der aussichtsreichen in vitro Ergebnisse und histologischen Befunde für andere, nicht-osteoinduktive Materialien weiterhin eine Option dar. Lack of implant osseointegration and the search for a suitable alternative for the gold standard of autogenous bone grafting are main challenges in biomaterial research. The aim of this work was to evaluate biomaterial functionalisation with the recombinant manufactured bone sialoprotein (BSP) for bone and joint replacement. Establishment and evaluation of BSP functionalisation procedures for three different biomaterials - titanium, calcium phosphate cement (CPC) and collagen - were central elements of this work. In vitro biological effects on primary human osteoblasts and human endothelial cells were characterised by investigations of cell viability, cell morphology, gene expression and angiogenesis assays. Finally, a proof of concept was performed in vivo using an established calvarial defect model (desmal ossification) in mice and a femoral condyle defect model (endochondral ossification) in rats. BSP functionalisation was achieved on different carrier materials. Moreover, BSP enhances osteogenic differentiation and angiogenesis in vitro. Those effects results in vivo only towards a trend of improved bone formation. These results raise further questions as uncoated CPCs alone support bone formation. Nevertheless, due to promising in vitro and histological results, BSP functionalisation may be an option for refining non osteoinductive biomaterials.
DDC:	500 Naturwissenschaften 500 Natural sciences and mathematics
Institution:	Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Department:	FB 09 Chemie, Pharmazie u. Geowissensch.
Place:	Mainz
ROR:	https://ror.org/023b0x485
DOI:	http://doi.org/10.25358/openscience-2657
URN:	urn:nbn:de:hebis:77-diss-1000019704
Version:	Original work
Publication type:	Dissertation
License:	In Copyright
Information on rights of use:	https://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
Extent:	XII, 181 Seiten
Appears in collections:	JGU-Publikationen