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This study aims at the development of materials for biodegradable fiducial markers for X-ray based medical imaging and their anchorage in soft tissue. Towards this goal a degradable polymer matrix of poly(L-lactide-co-ε-caprolactone) (P[LAcoCL]) was combined with barium sulfate (BaSO₄) and hydroxyapatite (HAp) as radio-opaque fillers. Low pressure plasma treatment was applied to the composite materials to improve cell adhesion and subsequent tissue integration. In particular, the effects of oxygen and ammonia plasmas were evaluated and compared using X-ray photoelectron spectroscopy, atomic force microscopy and dynamic water contact angle measurements as well as in vitro studies using the murine fibroblast cell line L929. To exclude the cytotoxic effects of degradation products of P[LAcoCL] and released BaSO₄ or HAp cytotoxicity assays with the degradation products of the composite materials were conducted. The results obtained by this broad range of analytical techniques suggest the application of composites of P[LAcoCL] with BaSO₄ and HAp as promising material systems for innovative fiducial markers for soft tissue in X-ray based medical imaging.

Two established material systems for thermally stimulated detachment of adherent cells were combined in a cross-linked polymer blend to merge favorable properties. Through this approach poly(N-isopropylacrylamide) (PNiPAAm) with its superior switching characteristic was paired with a poly(vinyl methyl ether)-based composition that allows adjusting physico-chemical and biomolecular properties in a wide range. Beyond pure PNiPAAm, the proposed thermo-responsive coating provides thickness, stiffness and swelling behavior, as well as an apposite density of reactive sites for biomolecular functionalization, as effective tuning parameters to meet specific requirements of a particular cell type regarding initial adhesion and ease of detachment. To illustrate the strength of this approach, the novel cell culture carrier was applied to generate transplantable sheets of human corneal endothelial cells (HCEC). Sheets were grown, detached, and transferred onto planar targets. Cell morphology, viability and functionality were analyzed by immunocytochemistry and determination of transepithelial electrical resistance (TEER) before and after sheet detachment and transfer. HCEC layers showed regular morphology with appropriate TEER. Cells were positive for function-associated marker proteins ZO-1, Na+/K+-ATPase, and paxillin, and extracellular matrix proteins fibronectin, laminin and collagen type IV before and after transfer. Sheet detachment and transfer did not impair cell viability. Subsequently, a potential application in ophthalmology was demonstrated by transplantation onto de-endothelialized porcine corneas in vitro. The novel thermo-responsive cell culture carrier facilitates the generation and transfer of functional HCEC sheets. This paves the way to generate tissue engineered human corneal endothelium as an alternative transplant source for endothelial keratoplasty.

Die In-vitro-Kultivierung von cornealem Endothel, einer funktionalen, beim Menschen nicht regenerierbaren Schicht in der Hornhaut des Auges, eröffnet weitreichende Möglichkeiten zum Zell- und Gewebeersatz. Dieser Artikel beschreibt aktuelle und künftige Optionen für zellbasierte Therapieansätze sowie die Bedeutung unbegrenzt proliferationsfähiger (immortalisierter) Zellpopulationen als Modellsystem für die Entwicklung neuartiger Methoden. In diesem Zusammenhang werden schaltbare Zellkulturträger als Möglichkeit zur schonenden Gewinnung transplantierbarer „cell sheets“ vorgestellt. Darüber hinaus wird die serumfreie Kultivierung als wichtige Voraussetzung für eine Anwendung am Menschen diskutiert. The in vitro cultivation of corneal endothelium – a functional, non-regenerable layer of the human cornea – is a promising approach for cell and tissue replacement. This paper introduces options for cell-based therapies and points out the importance of immortalised cell populations as a model system to develop tissue engineering strategies. In particular, the use of stimuli-responsive cell culture carriers for the gentle harvesting of “cell sheets” is described. Furthermore, serum-free cultivation is discussed as a prerequisite for future applications.

Die Arbeit gibt einen Ueberblick ueber die wesentlichen Prozesse bei der Wechselwirkung nichtisothermer Plasmen mit Polymeroberflaechen. Der Schwerpunkt liegt auf der infrarotspektroskopischen Diagnostik der Modifizierung der Modellpolymere Polyethylen und Polystyren im direkten Kontakt mit Hochfrequenzniederdruckentladungen in Argon, Wasserstoff, Sauerstoff, Stickstoff und Tetrafluormethan. Zur Charakterisierung der Polymermodifizierung werden speziell entwickelte Praeparations- und in situ Analyseverfahren auf Grundlage der abgeschwaechten Totalreflexion sowie der Reflexions-Absorptions-Spektroskopie eingesetzt. Unter Hinzuziehung weiterer Analyseverfahren und chemischer Derivatisierungs- reaktionen werden Strukturveraenderungen der Polymeroberflaeche im Ergebnis unterschiedlicher Plasmabehandlungen charakterisiert. Die Konkurrenz von Auf- und Abbauprozessen als wesentlicher Aspekt der Dynamik der Polymer- modifizierung wird herausgestellt. An ausgewaehlten Beispielen werden strukturelle Besonderheiten der modifizierten Polymeroberflaeche vor und nach Erreichen stationaerer Verhaeltnisse untersucht. Mittels unterschied- licher Methoden erfolgt eine Bestimmung von Tiefenprofilen. Eine Reihe von Experimenten ist auf die Separation der Beitraege einzelner Plasma- komponenten zur Gesamtwirkung des Niederdruckplasmas gerichtet.