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Im Auftrag der MGH Gutes aus Hessen GmbH

Das Internet und andere Informationstechnologien haben zu einer Beschleunigung von Plattform-Geschäftsmodellen geführt, womit signifikante Wettbewerbsvorteile einhergehen. Netzwerkeffekte und Informationsasymmetrien haben Winner-take-all-Marktplätze ermöglicht und somit zu monopolistischen Marktstrukturen geführt. Neue digitale Technologien wie Distributed-Ledger-Technologies (DLTs) umfassen dabei neue Ansätze für Plattform-Orchestrierung und bergen das Potenzial, unser heutiges Bewusstsein und Wissen über Plattform-Ökosysteme neu zu definieren insbesondere im Hinblick auf Disintermediationseffekte und neue Governance- und Anreizmechanismen. Ich untersuche in meiner Dissertation, wie ein inhärenter Angebotscharakter (oder eine Affordanz) der DLTs neuartige Geschäftsmodellmuster in Plattform-Ökosystemen schaffen kann. Einhergehend mit Anreizmechanismen und Governance-Konfigurationen untersuche ich Geschäftsmodellmuster, sowie Stossrichtungen und Anordnungen von Value Creation und Value Capture. Mithilfe eines Mixed-Methods Forschungs-Designs entwickle ich zunächst eine Taxonomie über DLT Geschäftsmodelldimensionen und ordne anschließend neue und DLT-ummantelnde Konfigurationen von Plattform-Ökosystemen in entsprechende Geschäftsmodell-Archetypen ein. Dies ermöglicht die Identifizierung eines theoretischen Modells darüber, wie Beschränkungen oder Erweiterungen der DLT-Affordanzen die Ökosystemkonfigurationen und das Zusammenspiel zwischen Plattformkern und seiner Peripherie beeinflussen. Ich identifiziere Gestaltungsoptionen von Plattformkonfigurationen, die in erster Linie auf Datensouveränität abzielen. Meine Ergebnisse zeigen auf, wie das Verhältnis mit welchem DLTs und somit auch deren Integrität als Technologie in die Plattform-Governance integriert werden, Informations-Symmetry, Plattform-Disintermediation und das digitale Vertrauen beeinflussen und sogar durch etwas ersetzen, was ich digitale Wahrheit nenne. Durch Schaffung von Governance-Integrität, die von der Technologie und nicht von einem Plattformsponsor herrührt, können neue und dezentralisierte Gestaltungsmöglichkeiten des Plattform-Ökosystems gewählt werden, bei denen die dezentrale Governance das kritisches Element wird. Ich untersuche DLT-Governance-Mechanismen und berücksichtige dabei deren Integrität, die Folgen auf Netzwerk-Stabilität und die Wirksamkeit der Konsensdurchsetzung bei Berücksichtigung der Intersubjektivitäts-Koordinierung. Zum Schluss untersuche ich die orchestrierte Initiierung dezentraler Plattform-Ökosysteme durch Coopetitions-Modelle, bei denen die dezentrale Governance genutzt wird, um spieltheoretische Herausforderungen bei der Suche nach einem makroökonomisch e?izienten Wettbewerbszustand zwischen den Coopetitionspartnern zu lösen. Dies strebt ein Verständnis über das Management von Plattform-Externalitäten und Plattformkonfigurationen an, in denen negative Externalitäten effektiv internalisiert werden, während positive Externalitäten erhalten oder sogar gefördert werden. Hiermit soll neuer Wert in Mehrparteienmodellen durch optimierten und geförderten Datenaustausch geschaffen werden. DLT-Affordanzen ermöglichen somit die Schaffung einer digitalen Wahrheit und Informationssymmetrie in Plattform-Ökosystemen, wodurch der Weg zu autonomen und dynamischen Netzwerken geebnet werden kann., The internet and information technologies have accelerated platform business models associated with distinct economic advantages. By exploiting network effects and information asymmetries, winner-take-all marketplaces and monopolistic market structures developed. However, the advent of novel digital technologies, such as distributed ledger technologies (DLTs), carries broad implications for new ways of platform orchestration with the ability to challenge our understanding of platform ecosystems, particularly concerning disintermediation effects and a reconfiguration of governance and incentive alignments. I explore how the inherent and unique affordances of DLTs affect and allow for novel business model patterns in platform ecosystems. Along with incentive mechanisms and governance configurations, I investigate DLT business model characteristics, directions, and alignments of value creation and value capture. Through a mixed methods study design, I first develop a taxonomy of DLT business model dimensions and second cluster new kinds and DLT-exploiting configurations of platform ecosystems into associated business model archetypes. This allows me to construct a theoretical model of how restricting or loosening DLT affordances influence these ecosystem configurations and the interplay between the platform's core and periphery. I outline novel design choices for platform configurations that predominantly strive for data sovereignty. My findings reveal how the extent to which DLT affordances are integrated into the platform governance designand thus how the integrity of the technology generates information symmetry and platform disintermediationimpacts and even replaces digital trust with what I call digital truth. The integrity of governance inherent in technology and not a platform sponsor allows for new and decentralized platform ecosystem design choices, where decentralized governance becomes a fundamental element. As such, I examine DLT governance mechanisms, considering its integrity, network robustness, and the successful coordination of network intersubjectivity when enforcing consensus. Finally, I explore the orchestrated initiation of decentralized platform ecosystems through coopetition models, in which decentralized governance is exploited to solve game-theoretic challenges when seeking the macro-economically efficient state of competitivity among the coopetition partners. This thesis seeks to shed light on managing platform externalities, thereby enabling platform configurations in which negative externalities are effectively internalized while preserving or even promoting positive externalities where the novel value in multi-party models is created through optimized and fostered data-sharing. Thus, DLT affordances allow for digital truth and information symmetry in platform ecosystems, progressing towards autonomous and dynamic networks of networks.

This article identifies consumer segments for vegan food by analysing perceptions of vegan food among food organic consumers following different diets: vegans, vegetarians, former vegetarians, flexitarians, and omnivores. The analysis is based on responses to a quantitative consumer survey for which 503 participants were recruited from customers at German grocery stores by quota sampling according to diet and region. From the responses to an open-ended question eliciting the participants’ associations with vegan food, the analysis finds that vegans and vegetarians perceive vegan foods primarily as being beneficial for animal welfare, healthy, and environmentally friendly, while those who ate meat perceive vegan food primarily as containing no animal ingredients and as being healthy. The respondents’ varying assessments of the taste, diversity, and environmental benefits of vegan food were found to differ in relation to the various diets they followed, as did their assessments of how long the vegan trend is likely to last. A cluster analysis based on the consumers’ perceptions and attitudes revealed three consumer groups: “vegan fans”, “enjoyment sceptics”, and “originality-sceptics”. Scepticism about the originality of vegan food was found in all diet groups. These findings can help inform more effective targeting of consumer needs for vegan organic food.

Osteochondral defects comprise cartilage and bone tissue in the joint region and create challenges for orthopedic surgery, also because intrinsic regeneration capacities of the articular cartilage are limited. Furthermore, tissue layer-specific characteristics regarding cell types, mechanical properties and biochemical composition need to be considered. Research questions: In this work, concepts were developed which allow mimicking of osteochondral interfacial layers in a patient-individual and zonally specified manner by 3D extrusion (bio)printing. This feature of patient specificity was proven on different levels within this project: Besides the option for application of patient-own, expanded stem cells or chondrocytes within a scaffold to support regeneration and neo-tissue formation, a workflow was implemented which enables the consideration of magnetic resonance imaging (MRI) data and zonal geometry of the defect. With the materials suitable to achieve this design and a bioprinting-compatible process, the impact of such a system on embedded cells was investigated. A zonally structured, partly mineralized construct was evaluated regarding its capability to allow or support chondrogenesis of primary human chondrocytes (hChon). Furthermore, a strategy based on core-shell bioprinting technology was developed which allows simultaneous embedding of different cell types in a zonally defined distribution with a targeted effect by incorporated growth factors while reducing the off-target effects that would be expected when applied homogeneously via the surrounding medium. In addition, hybrid multi-material scaffolds were developed to adjust the stiffness of these systems. Materials and methods: To define design and patient-specific requirements for an osteochondral implant, an anonymized MRI dataset of a patient with osteochondritis dissecans (OCD) was used. The main constituent of the developed fabrication system was a bioink based on 3% alginate and 9% methylcellulose (algMC) with hChon. Laponite was added to alg-MC-based inks in order to control the release of differentiation factors for a sustained delivery in multi-zonal osteochondral constructs. A printable calcium phosphate cement (CPC) was used as a mineral phase. For the bioprinting process, multi-channel extrusion was applied for an alternating printing of hChon-laden algMC and CPC in order to mimic a zone of mineralized cartilage. Cell fate was investigated on biochemical and gene expression level. A coaxial extrusion module was applied for the co-extrusion of a bioink (shell) – algMC or plasma-functionalized algMC loaded with hChon or human pre-osteoblasts (hOB), respectively – and a biomaterial ink (core) doped with the corresponding growth factors TGF-β3 or BMP-2 as central target-specific factor depot. By melt electrowriting technology (MEW), additional scaffolds from polycaprolactone (PCL) microfibers with a freely adjustable fiber structure were generated. To trigger the mechanical stiffness of cell-laden hydrogels, these scaffolds were manually added to the bioprinting process as an extra support. Results: Suggested strategies of 3D extrusion (bio)printing for clinically relevant dimensions (Publication I)were successfully applied on algMC-based inks, bioinks and CPC to generate multi-material cell-laden constructs of an individual, patient-specific shape. With the use of flexible and reversible software solutions, MRI data from an OCD patient were utilized for the design and later fabrication of a bi-zonal implant (Publication II). The resulting implant showed a suitable geometry fitting into a model of the lesioned femoral condyles fabricated by stereolithography. For surgical fixation of such a potential implant, an individual implantation adapter was developed. The same materials processable via multi-channel printing were compatible with bioprinting of hChon isolated from the femoral head of human hip arthroplasty patients. The majority of cells survived the printing process and cultivation conditions in monophasic scaffolds consisting of cell-laden algMC, and in biphasic scaffolds with a zonally separated or interwoven mineral zone of calcium phosphate cement. Cells in both setups, representing plain articular cartilage and calcified cartilage, were able to re-differentiate and demonstrated the characteristic ECM marker production and gene expression. The calcium-deficient CPC led to a decrease of calcium ions and an initial increase of phosphate ions in the surrounding medium. In the presence of the CPC phase, chondrogenesis was enhanced (Publication III). The core-shell bioprinting concept allowed the spatially defined differentiation of cells (hChon or hOB), encapsulated in a bioink extruded as shell compartment, adjacent to a respective factor-loaded core depot with specific differentiation factors. The biomaterial inks for the core depot were successfully adjusted regarding viscosity and release kinetics by addition of nanoclay (Laponite) nanoparticles. Optical coherence tomography (OCT) was introduced as a tool to monitor the coaxial strand pattern and the location of embedded cells in a contactless manner. The applied inks allowed adjustment of release properties of components such as growth factors BMP-2 and TGF-β3. In hChon, characteristic genes such as collagen 2 or aggrecan were upregulated, while hOB were able to express the typical genes ALP, BGLAP and IBSP. Although both incorporated differentiation factors also demonstrated enhancing effects on both compartments, respectively, the induced adverse effects of hypertrophy in the cartilage zone and collagen 2 expression in the bone zone were successfully prevented. This was done by applying the factors with a sustained release via a Laponite-supported ink as the core depots, instead of homogeneously supplementing the surrounding cell culture medium (Publication IV). By adding PCL microfiber mesh scaffolds, fabricated by MEW, with a decreasing fiber density from 1000 to 250 µm, the Young’s modulus of the algMC scaffolds increased from 10 kPa to more than 50 kPa. The resulting hybrid scaffolds were proven cytocompatible; bioprinted hChon reacted to this hybrid algMC structure with a PCL density of 750 µm with an improved release of sulphated glycosaminoglycans (Publication V). Conclusions: A fully integrated approach for a multiphasic implant design, embedding of primary cells and simultaneous application of respective growth factors was realized by 3D extrusion (bio)printing. Concepts for bioprinting of mineralized cartilage based on algMC and CPC and for local factor delivery in osteochondral tissue substitutes by core-shell bioprinting were developed. The presented approaches allow an adjustable zonal design and full control over spatial differentiation and fate of bioprinted cells. The versatility of this modular system allows addition of further features as demonstrated for the combination with PCL microfiber scaffolds to adjust mechanical properties of the cartilage zone. Another option can be the mechanical stimulation of magnetically deformable algMC-magnetite scaffolds. These valuable insights for the field will serve as basis for further applications in vitro and in vivo. They might open up new research directions with a potential translation to other material combinations and other tissue defect types.:Table of Contents List of abbreviations List of figures Legal note 1. Introduction 1.1 The osteochondral interface – function, anatomy and histology 1.2 Pathology of cartilage and osteochondral tissue 1.3 State of the art: treatment of cartilage defects and osteochondral defects 1.4 Tissue engineering for osteochondral regeneration 1.5 Biomedical additive manufacturing and bioprinting 1.6 Hydrogels for bioprinting 1.7 Multi-component and multiphasic strategies to add specific cues and features to bioprinted tissue models 1.8 Additive Manufacturing of patient-specific bone and cartilage substitutes 2. Aims of the thesis List of publications included in the thesis 3. Strategies for biofabrication of volumetric constructs with an individual shape (Publication I) Publication I: Review article 4. Workflow for an MRI-guided, bi-zonal implant design (Publication II) 41 Publication II: Article Publication II: Published supporting information 5. Chondrogenesis in 3D bioprinted constructs and its compatibility with a mineral phase (Publication III) Publication III: Article Publication III: Published supporting information 6. Concept for a zonally defined factor delivery (Publication IV) Publication IV: Article Publication IV: Published supporting information 7. Hybrid bioscaffolds for tailoring mechanical properties of cartilage tissue substitutes (Publication V) Publication V: Article 8. Discussion and outlook References SUMMARY ZUSAMMENFASSUNG Acknowledgements List of other publications (co-)authored by the candidate Scientific congress contributions during PhD phase Journal ranking in Journal Citations Report Appendix I – Erklärungen zur Eröffnung des Promotionsverfahrens Appendix 2 – Erklärung zur Einhaltung gesetzlicher Bestimmungen Osteochondrale Defekte umfassen Knochen- und Knorpelgewebe innerhalb des betroffenen Gelenks und stellen die klinische Orthopädie vor Herausforderungen dar, auch da die intrinsische Regenerationsfähigkeit des Gelenkknorpels stark limitiert ist. Zudem sind in den zu unterscheidenden Gewebeschichten spezifische Charakteristika wie unterschiedliche Zelltypen, mechanische Eigenschaften und die biochemische Zusammensetzung zu berücksichtigen. Fragestellungen: In der vorliegenden Arbeit wurden Konzepte entwickelt, mit dem sich per 3D-Extrusions(bio)druck Gewebeschichten dieser osteochondralen Grenzschicht zonenspezifisch und patientenindividuell nachbilden lassen. Diese patientenindividuellen Merkmale wurden innerhalb des Projektes auf mehreren Ebenen nachgewiesen: Zum einen können patienteneigene Stammzellen oder Chondrozyten nach Vermehrung im Labor innerhalb einer Gerüststruktur (“Scaffold”) zur Unterstützung der Regeneration und Gewebeneubildung angewandt werden. Zum anderen wurde ein Workflow vorgestellt, der die Berücksichtigung einer individuellen, per Magnetresonanztomographie (MRT) detektierten, schichtweisen Geometrie einer Läsion erlaubt. Mit Hilfe von Materialien, die diese Formgebung ermöglichen, wurde in einem Biodruck-kompatiblen Prozess der Einfluss eines solchen Systems auf eingebettete Zellen untersucht: Ein zonal aufgebautes, teilweise mineralisiertes Konstrukt wurde hinsichtlich dessen Eignung, Chondrogenese humaner Knorpelzellen (hChon) zu ermöglichen oder zu unterstützen, evaluiert. Zudem wurde eine auf der Kern-Mantel-Biodrucktechnologie basierende Strategie entwickelt, die das Einbetten unterschiedlicher Zelltypen mit zonal definierter Verteilung kombiniert mit einem gezielten Effekt durch inkorporierte Wachstumsfaktoren. Hierbei sollten unerwünschte Nebeneffekte der im Kern dargebrachten Faktoren auf die jeweils andere Zellsorte, die man bei homogener Faktorengabe über das umgebende Medium erwarten würde, reduziert werden. Weiterhin sollte mittels hybrider Multi-Material-Scaffolds die Steifigkeit des Systems angepasst werden. Material und Methoden: Um ein Design und patientenindividuelle Anforderungen für ein osteochondrales Implantat zu definieren, wurde ein anonymisierter MRT-Datensatz eines Osteochondrosis dissecans(OCD)-Patienten genutzt. Hauptbestandteil des entwickelten Fabrikationssystems war eine Biotinte aus 3% Alginat und 9% Methylcellulose (algMC) mit hChon. Laponit wurde zu den auf algMC basierenden Tinten hinzugefügt, um die Freisetzung von Differenzierungsfaktoren zu kontrollieren und damit eine verzögerte Gabe in mehrschichtigen osteochondralen Konstrukten zu ermöglichen. Ein druckbarer Kalziumphosphatzement (CPC) wurde als Mineralphase genutzt. Im Biodruckprozess wurde der Mehrkanaldruck angewandt, um durch alternierende Extrusion von hChon-beladenem algMC und CPC die mineralisierte Knorpelschicht nachzubilden. Die Zellentwicklung wurde auf biochemischer Ebene und hinsichtlich der exprimierten Gene untersucht. Ein koaxiales Extrusionsmodul wurde zur Ko-Extrusion einer Biotinte (Mantel), bestehend aus algMC beladen mit hChon oder Plasma-funktionalisierter algMC beladen mit humanen Prä-Osteoblasten (hOB), und einer korrespondierenden faktorenbeladenen Biomaterialtinte (Kern) genutzt. Dieses zielspezifische Faktorendepot enthielt jeweils TGF-β3 oder BMP-2. Durch die Technik des Melt Electrowritings (MEW) wurden zusätzliche Scaffolds aus Polycaprolacton(PCL)-Mikrofasern mit einer justierbaren Faserstruktur generiert. Um die Steifigkeit von zellbeladenen Hydrogelen anzupassen, wurden diese Scaffolds als mechanischer Support manuell während des Biodruckprozesses eingebracht. Ergebnisse: Die zugrundeliegenden Strategien des 3D-Extrusions(bio)drucks in klinisch relevanten Dimensionen (Publikation I) wurden an algMC-basierten Tinten, Biotinten und CPC erfolgreich angewandt, um zellbeladene Konstrukte patientenindividueller Form aus mehreren Materialien zu generieren. Durch den Einsatz flexibler und reversibler Software-Lösungen, wurden MRT-Daten eines Patienten mit einem osteochondralen Defekt verwendet, um ein zweischichtiges Implantatdesign zu entwerfen und zu fertigen (Publikation II). Dieses Implantat wies eine adäquate Passgenauigkeit in einem Modell der Läsion in den Femurkondylen, hergestellt per Stereolithografie, auf. Zur chirurgischen Fixierung eines solchen potenziellen Implantats wurde ein individueller Adapter für einen chirurgischen Stößel entwickelt. Das gleiche Materialsystem, prozessierbar mittels Mehrkanaldrucks, erwies sich als kompatibel zum Biodruck von hChon, isoliert aus dem Femurkopf von Hüft-Totalendoprothese-Patienten. Die meisten der Zellen überlebten den Druckprozess und die Kultivierungsbedingungen in monophasigen Scaffolds bestehend aus zellbeladener algMC-Biotinte, sowie in biphasigen Scaffolds mit einer in einer getrennten Schicht verlaufenden oder verwobenen mineralisierten Zone aus CPC. Zellen waren in beiden Ansätzen, als monophasiger oberflächlichen Gelenkknorpel, sowie als kalzifizierte Knorpelschicht, in der Lage, sich zu redifferenzieren; sie zeigten die Expression charakteristischer Matrix-Komponenten und -Gene. Der Kalzium-defizitäre CPC führte zu einer Verminderung der Kalziumionenkonzentration und zu einem initialen Anstieg der Phosphationen im umgebenden Medium. In Gegenwart der CPC-Phase war die Chondrogenese verstärkt (Publikation III). Das Konzept des Kern-Mantel-Biodrucks ermöglichte die örtlich aufgelöste Differenzierung von Zellen (hChon oder hOB), eingebettet in eine Biotinte extrudiert als Mantel-Kompartment, in unmittelbarer Nähe zu einem entsprechenden Faktor-beladenen Depot mit spezifischen Differenzierungsfaktoren. Die Biomaterialtinten für das Kern-Depot wurden durch die Zugabe von Nanoclay(Laponit)-Nanopartikeln hinsichtlich Viskosität und Freisetzungskinetik erfolgreich angepasst. Optische Kohärenztomographie (OCT) wurde als eine zerstörungsfreie Methode zur Beobachtung des koaxialen Strangmusters und der Zellverteilung eingeführt. Die genutzten Tinten erlaubten die Adaption der Freisetzungskurven unterschiedlicher Moleküle wie der Wachstumsfaktoren BMP-2 und TGF-β3. In hChon war die Expression charakteristischer Gene wie Kollagen 2 oder Aggrecan verstärkt, während hOB die für die osteogene Differenzierung typischen Markergene ALP, BGLAP und IBSP exprimierten. Obwohl beide inkorporierten Faktoren auch verstärkende Effekte auf jeweils beide Kompartimente zeigten, konnte der induzierte unerwünschte Effekt der Hypertrophie innerhalb der Knorpelzone sowie die unerwünschte Kollagen Typ 2-Expression innerhalb der Knochenzone erfolgreich verhindert werden. Dies geschah, indem die Faktoren statt homogen über das umgebende Zellkulturmedium mittels Laponit-Tinte und daher freisetzungsverzögernd über die Kern-Depots dargereicht wurden (Publikation IV). Mittels der PCL-Mikrofaser-Gitter-Scaffolds, hergestellt per MEW, mit enger werdenden Fasernetzdichten von 1000 bis 250 µm konnte der E-Modul der algMC-Scaffolds von 10 kPa auf über 50 kPa erhöht werden. Die Zytokompatibilität der hybriden Scaffolds wurden nachgewiesen; auf die Struktur in hybriden algMC-Scaffolds mit einer PCL-Faserdiche von 750 µm reagierten biogedruckte hChon mit einer erhöhten Freisetzung von sulfatierten Glykosaminoglykanen (Publikation V). Schlussfolgerungen: Ein integrierter Ansatz für ein mehrphasiges Implantatdesign, das Einbetten von primären Zellen und die gleichzeitige Anwendung der entsprechenden Wachstumsfaktoren wurde mittels 3D-Extrusions(bio)druck realisiert. Konzepte zum Biodruck von mineralisiertem Knorpel basierend auf algMC und CPC und zur lokalen Faktorengabe in osteochondralen Gewebeersatzstrukturen per Kern-Mantel-Druck wurden entwickelt. Die vorgestellten Ansätze erlauben ein vielseitig adaptierbares, zonales Design, die volle Kontrolle über die örtliche Differenzierung sowie die Reifung der biogedruckten Zellen. Die Vielseitigkeit des modularen Systems ermöglicht zudem das Hinzufügen weiterer Merkmale, was anhand des Einbringens von PCL-Mikrofaser-Scaffolds zur Justierung der mechanischen Eigenschaften der Knorpelzone demonstriert wurde. Eine weitere Option stellt die mechanische Stimulation magnetisch verformbarer algMC-Magnetit-Scaffolds dar. Die wertvollen Erkenntnisse werden als Basis für weitere Anwendungen in vitro sowie in vivo dienen können. All dies kann neue Möglichkeiten und Forschungsrichtungen eröffnen und ist in vielerlei Hinsicht übertragbar auf weitere Materialkombinationen, sowie verschiedene Defekt- und Gewebearten.:Table of Contents List of abbreviations List of figures Legal note 1. Introduction 1.1 The osteochondral interface – function, anatomy and histology 1.2 Pathology of cartilage and osteochondral tissue 1.3 State of the art: treatment of cartilage defects and osteochondral defects 1.4 Tissue engineering for osteochondral regeneration 1.5 Biomedical additive manufacturing and bioprinting 1.6 Hydrogels for bioprinting 1.7 Multi-component and multiphasic strategies to add specific cues and features to bioprinted tissue models 1.8 Additive Manufacturing of patient-specific bone and cartilage substitutes 2. Aims of the thesis List of publications included in the thesis 3. Strategies for biofabrication of volumetric constructs with an individual shape (Publication I) Publication I: Review article 4. Workflow for an MRI-guided, bi-zonal implant design (Publication II) 41 Publication II: Article Publication II: Published supporting information 5. Chondrogenesis in 3D bioprinted constructs and its compatibility with a mineral phase (Publication III) Publication III: Article Publication III: Published supporting information 6. Concept for a zonally defined factor delivery (Publication IV) Publication IV: Article Publication IV: Published supporting information 7. Hybrid bioscaffolds for tailoring mechanical properties of cartilage tissue substitutes (Publication V) Publication V: Article 8. Discussion and outlook References SUMMARY ZUSAMMENFASSUNG Acknowledgements List of other publications (co-)authored by the candidate Scientific congress contributions during PhD phase Journal ranking in Journal Citations Report Appendix I – Erklärungen zur Eröffnung des Promotionsverfahrens Appendix 2 – Erklärung zur Einhaltung gesetzlicher Bestimmungen

In vitro triple cultures of human primary osteoblasts, osteocytes and osteoclasts can potentially help to analyze the effect of drugs and degradation products of biomaterials as a model for native bone tissue. In the present study, degradation products of Magnesium (Mg), which has been successfully applied in the biomedical field, were studied with respect to their impact on bone cell morphology and differentiation both in osteocyte single cultures and in the triple culture model. Fluorescence microscopic and gene expression analysis, analysis of osteoclast- and osteoblast-specific enzyme activities as well as osteocalcin protein expression were performed separately for the three cell types after cultivation in triple culture in the presence of extracts, containing 5 and 10 mM Mg2+. All three cell species were viable in the presence of the extracts and did not show morphological changes compared to the Mg-free control. Osteoblasts and osteoclasts did not show significant changes in gene expression of ALPL, BSPII, osteocalcin, TRAP, CTSK and CA2. Likewise on protein level, no significant changes in ALP-, TRAP-, CTSK- and CAII activities were detected. Osteocytes showed a significant downregulation of MEPE, which codes for a protein playing an important role in regulation of phosphate homeostasis by osteocytes. This study is the first to analyze the effects of Mg degradation products on primary osteocytes in vitro, both in single and triple culture. Even if promoting effects on the three examined bone cell species were not found in the applied triple culture setup, it was shown, that Mg degradation products do not interfere with the activity of osteoblasts, osteoclasts and osteocytes in vitro.

Zugleich: Dissertation, Universität Kassel, 2021

One of the most common hereditary craniofacial anomalies in humans are cleft lip and cleft alveolar bone with or without cleft palate. Current clinical practice, the augmentation of the persisting alveolar bone defect by using autologous bone grafts, has considerable disadvantages motivating to an intensive search for alternatives. We developed a novel therapy concept based on 3D printing of biodegradable calcium phosphate-based materials and integration of osteogenic cells allowing fabrication of patient-specific, tissue-engineered bone grafts. Objective of the present study was the in vivo evaluation of implants in a rat alveolar cleft model. Scaffolds were designed according to the defect's geometry with two different pore designs (60 degrees and 30 degrees rotated layer orientation) and produced by extrusion-based 3D plotting of a pasty calcium phosphate cement. The scaffolds filled into the artificial bone defect in the palate of adult Lewis rats, showing a good support. Half of the scaffolds were colonized with rat mesenchymal stromal cells (rMSC) prior to implantation. After 6 and 12 weeks, remaining defect width and bone formation were quantified histologically and by microCT. The results revealed excellent osteoconductive properties of the scaffolds, a significant influence of the pore geometry (60 degrees > 30 degrees), but no enhanced defect healing by pre-colonization with rMSC.

Die „Biozyklisch-Veganen Anbaurichtlinien“ untersagen die Verwendung von tierischen Düngemitteln und schränken den Einsatz von gezüchteten Nützlingen und Pestiziden ein. Es ist jedoch bisher nicht bekannt, ob vegane Konsumenten pflanzliche Lebensmittel nicht mehr als vegan erachten, wenn in der landwirtschaftlichen Produktion tierische Stoffe eingesetzt oder Insekten beim Anbau getötet werden. Ziel des Beitrags ist es, zu untersuchen, wie Veganer vegane Produkte definieren und die Mehrzahlungsbereitschaft für Produkte aus bio-veganer Landwirtschaft zu ermitteln. Die Umfrage wurde mit 152 veganen Konsumenten durchgeführt, die Öko-Lebensmittel kaufen. Zur Ermittlung der Zahlungsbereitschaft kam die Methode der kontingenten Bewertung zum Einsatz. Über die Hälfte der Befragten war der Ansicht, dass Salat nicht vegan ist, wenn er mit Hornspänen gedüngt wurde. Aber nur 27 Prozent der Befragungsteilnehmer gaben an, dass Kartoffeln als „nicht vegan“ bezeichnet werden sollten, wenn beim Anbau Kartoffelkäfer getötet werden. Trotzdem bieten über 80 Prozent der veganen Verbraucher einen Aufpreis für Salat und Kartoffeln aus veganer Landwirtschaft. Die Veganer, die das Töten der Kartoffelkäfer als nicht vegan erachten, boten den höchsten Preisaufschlag.