Influence of microscaffolds on the physical behavior of spheroids.

Abstract

Sphäroide sind zelluläre Agglomerate, welche ein immer breiter werdendes Forschungsgebiet bilden und von hohem Interesse im Bereich Geweberegeneration sind. Sphäroide bieten die Vorteile das eine hohe Zelldichte möglich ist, die Eigenschaft des Selbstzusammenbaus von Zellen vorhanden ist und die Zellen in einer Umgebung situiert sind, welche dem in-vivo Zustand sehr nahekommt. Die Nachteile an der reinen zellulären Struktur sind das die mechanischen Eigenschaften, im Vergleich zu gerüstunterstützen Methoden, welche mit Zellsuspensionen gefüllt werden, vermindert sind und eine Unterstützung durch funktionalisierte Biomoleküle nicht möglich ist. Um die Diskrepanz zwischen gerüstfreien Methoden und gerüstunterstützen Methoden zu schließen, werden die Möglichkeiten einer dritten Variante forciert. Hierbei geht es um die Zusammenführung der Sphäroide mit dem Gerüst. Es gibt Ansätze, Sphäroide in klassische Gerüste einzubinden, aber um die Eigenschaft zu erhalten, Sphäroide als individuelle Bausteine zu verwenden, ist die Verwendung anderer Gerüstoptionen erforderlich. Die Zwei-Photonen-Polymerisation ist in der Lage, komplexe Strukturen im Submikrometerbereich zu erzeugen, was den Druck von kleinen Strukturen ermöglicht, die der Größe von Sphäroiden entsprechen. In dieser Arbeit ist diese spezifische Struktur der Buckyball. Ziel dieser Arbeit war es, den Einfluss des Buckyball-Gerüsts auf das Verhalten von Sphäroiden aus humanen Fettstammzellen zu untersuchen. Es konnte gezeigt werden, dass die Sphäroide in ihrer Fähigkeit, miteinander zu verwachsen und sich auf einer adhäsiven Oberfläche auszubreiten, nicht behindert wurden. Darüber hinaus stoppte das Gerüst die Verdichtung der reiferen Sphäroide, sodass die Größe konstant und einheitlich gehalten werden konnte. Zusätzlich wurde untersucht, ob die Buckyball-Sphäroide leere Buckyballs besiedeln können. In allen Gruppen fand eine Besiedlung statt, und bei einem geringen Verhältnis von gefüllten zu leeren Buckyballs entsprachen die gemessenen DNA-Werte denen der Sphäroid-Kontrollgruppe.

Spheroids are cellular aggregates, which are a growing field of research and of high interest in tissue engineering to be used as building blocks. The advantages of spheroids are the high cell density, the self-assembly property and the fact that the cells are situated in an environment that is very close to the in vivo situation. The disadvantages of the all-cellular structure approach are the reduced mechanical properties and the inability to support them with functionalized biomolecules. These statements refer to the comparison of spheroids with scaffold-supported methods, where cell suspensions are loaded onto a larger framework.To close the gap between scaffold-free methods and scaffold-supported methods, the possibilities of a third variant are being pushed, called third strategy in tissue engineering (THIRST). It focuses on the combination of the spheroids with the micro-size scaffolds, whilst keeping the individual properties.There have been approaches to include spheroids into classical scaffolds, but to keep the feature of using spheroids as individual building blocks other scaffolding options are needed. In this context Two photon polymerization (2PP) is of use. It can produce complex structures with a spatial resolution in the sub micrometre range, which enables the printing of small scaffolds, that match the size of spheroids. In this work, the specific structure is the buckyball (BB).The aim of this work was to evaluate the influence of the buckyball scaffold on the behaviour of human adipose-derived stem cell (hASC) spheroids. It could be shown that the spheroids are not hindered in their capability to fuse together as well as spread on an adhesive surface. Furthermore, the scaffold puts a halt on compaction for more mature spheroids and thus the size stayed constant and uniform. Additionally, it was investigated if a buckyball spheroid could colonize empty buckyballs. Several ratios of empty buckyballs to filled buckyballs were examined and throughout all groups colonization happened. For the lowest tested ratio the measured DNA values were equal to their spheroid counterparts.