Synthesis and Characterization of 8 Arm Poly(ethylene Glycol) Based Hydrogels via Michael Addition or Click Chemistry for Biomedical Applications

Die erfolgreiche Synthese von Hydrogelen mit funktionalen Eigenschaften wie einstellbare mechanische Eigenschaften, chemischer Funktionalität und veränderbaren Degradationsverhalten hat zu großem Fortschritt im Feld des Gewebe-Engineering geführt. Abhängig von der chemischen Zusammensetzung und der chemischen Vernetzungsprozedur können Hydrogele ihre mechanischen Eigenschaften, Morphologie, Degradationsverhalten, Netzwerkstruktur und biologischen Aktivität ändern. In diesem Rahmen sind die Hauptthemen dieser Arbeit die Entwicklung einer neuen Herstellungsmethode für Hydrogele, die Synthese von Hydrogelen mit kontrolierbaren funktionalen Eigenschaften, die Untersuchung der Rolle von der inorganischer Phase in Komposit Hydrogelen und die Untersuchung des Zellverhaltens und der Zytokompatibilität auf den neu entwickelten Hydrogelen. Die vorgestellte Arbeit ist in drei verschiedene Hauptpunkte unterteilt. Im ersten Punkt (Kapitel 2 und 3) werden die Hydrogele mittels Amine-type-Michael-addition-chemistry hergestellt um im Anschluss durch photopolymerisation stabilisiert zu werden. Das verlängert die Degradationszeit, notwendig für Zelltests. Die mechanischen Eigenschaften und das Degradationsverhalten der Gele ist dabei kontrolierbar und gezielt veränderbar. Des Weiteren wurde eine chemische Funktionalität eingeführt, welche erlaubt biologische Interaktion zu verändern bzw. lösliche Reagenzen in der Hydrogelmatrix zu transportieren und ggf. abzugeben. Zudem führt eine step-growth Polymerisation zu großén kristallinen Polymerstrukturen. Der zweite Punkt (Kapitel 4) befasst sich mit der in-situ Formation von Polyethylenglykol (PEG) – Kalziumphosphat (CaP) Komposit Hydrogelen und dem Einflussder inorganischen CaP Phase auf die Hydrogeleigenschaften. Zelladhäsionsuntersuchungen ergaben starke Affinität von Osteoblasten auf die untersuchten Komposit Hydrogele, welche folglich große Eignung für Gewebe-Engineering aufweisen. Der Dritte Punkt der Arbeit (Kapitel 5) beschäftigt sich ebenfalls mit Hydrogelen mit kontrollierbaren mechanischen Eigenschaften und Degradationsverhalten. Diese wurden aber mittels Click-Chemistry erstellt. Die Degradationszeit und mechanischen Eigenschaften können bis zur vollständigen Auflösung der jeweiligen Gele vorhergesagt werden. Diese einzigartigen Eigenschaften zeigen, dass diese degradierbaren Hydrogele geeignet zu sein scheinen um Zell/Proteintransport im Rahmen von weich-Gewebe-Reparatur Prozeduren erfolgreich zu gestalten