In vitro studies on inflammatory potential of biomaterials with development of anti-inflammatory strategies

Abstract

Chronische Entzündungen und fibrotische Verkapselung sind Hauptursachen für Implantatversagen. In einem neu entwickelten invitro Makrophagen/ Fibroblasten-Co-Kulturmodell werden pro-inflammatorische und pro-fibrotischen Eigenschaften von Modell-Biomaterialien untersucht. Der zweite Teil der Arbeit zielt darauf ab, die Entzündungsreaktionen von Biomaterialien durch Immobilisierung von Glykosaminoglykanen (GAG) entweder durch physikalische Adsorption unter Verwendung der Layer-by-Layer(LBL) -Technik oder kovalente Bindung mittels der EDC/NHS-Vernetzungschemie zu reduzieren. Es werden drei Arten von GAGs,Hyaluronsäure (HA), Chondroitinsulfat (CS) und Heparin (Hep),verwendet. Die Entzündungsreaktionen sind bei beiden Immobilisierungsmethoden auf jeder GAG-Oberfläche gegenüber den jeweiligen Kontrollen signifikant reduziert. Zudem sind GAG in Multischichten wirksamer als kovalent gebundene GAG, wobei Hep-basierte Multischichten am effektivsten entzündliche Reaktionen reduzieren.

Chronic inflammation and fibrotic encapsulation are major causes to implant failure. Therefore, first studies are carried outwith a newly developed invitro macrophage/fibroblast co-culture model to investigate the pro-inflammatory and pro-fibrotic potentials of model biomaterials. The second part of the thesis aims to reduce the inflammatory responses of biomaterials through glycosaminoglycan (GAG) immobilization by either physical adsorption using the layer-by-layer (LBL) technique or covalent bonding using EDC/NHS cross-linking chemistry. Three types of GAGs -hyaluronic acid (HA), chondroitin sulphate (CS), and heparin (Hep)-are used. The inflammatory responses are significantly reduced on each GAG-modified surface at both immobilization techniques in comparison to their respective controls. Additionally, GAG in multilayers are more effective than covalently bound to amino surfaces, with Hep-based multilayers being most effective in resisting all inflammatory reactions.