German Title: Stimulierung von Gefäßzellen durch extrazelluläre Signale - Eine biophysikalische Betrachtung

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Abstract

Stimulation of vascular cells by extracellullar signals Treatment of vascular diseases often requires the selective addressing of endothelial (ECs) and smooth muscle cells (SMCs). The two vascular cell types are important for the wound healing after stent implantation. Recent research designs new materials and coatings for stents to improve the complex healing process. The aim of my work was to find and investigate different reactions in the two vascular cell types (ECs and SMCs) through surface chemistry, topography and other stimulating factors like electrical fields or applied external stretching forces. On various iridium-oxide stent coatings ECs seem to be more sensitive to chemical differences than SMCs. On PDMS micro-nano-grooves ECs and SMCs align not significant differently to the structure. Cell assays on nano-structured and bio-functionalized surfaces reveal a universal ligand distance dependency for both cell types. Upon application of uniaxial mechanical stretch or an directed electrical field, ECs and SMCs show significant different responses. General characteristics of the two cell types can be quantitatively described by an automatic controller model. These findings are promising for further studies to improve wound healing after implantation and even more to allow the artificial generation of new blood vessels (angiogenesis).

Translation of abstract (German)

Stimulierung von Gefäßzellen durch extrazelluläre Signale Die Behandlung von Herz-Kreislauf-Erkrankungen erfordert häufig die selektive Stimulierung von Endothel- (ECs) und glatten Muskelzellen (SMCs). Die zwei Gefäßzelltypen sind wichtig für die Einheilung von sog. Stents. Die moderne Forschung befasst sich mit der Entwicklung neuer Materialien und Beschichtung für Stents, um den komplexen Einheilungsprozess zu verbessern. Das Ziel meiner Arbeit war es, durch Oberflächen-Chemie, -Topographie und andere stimulierende Faktoren wie elektrische Felder oder mechanische elastische Dehnung verschiedene Reaktionen der zwei vaskulären Zelltypen (ECs und SMCs) zu finden und zu untersuchen. Auf verschiedenen Iridium-Oxid Stent-Beschichtungen erscheinen ECs empfindlicher als SMCs. Auf micro-nano-Strukturen aus PDMS richten sich ECs und SMCs nicht signifikant unterschiedlich aus. Experimente mit biofunktionalisierten Nanostrukturen machen deutlich, dass es eine universelle Liganden-Abstand-Abhängigkeit für beide Zelltypen geben muss. Unter uniaxialer mechanisch elastischer Dehnung oder einem gerichteten elektrischen Feld, zeigen ECs und SMCs signifikant verschiedene Reaktionen. Die allgemeinen Eigenschaften der zwei Zelltypen können mit einem automatischen Controller-Modell quantitativ beschrieben werden. Die Ergebnisse machen zuversichtlich, in kommenden Untersuchungen die Implantat-Einheilung zu verbessern und sogar künstliche Formation neuer Blutadern (Angiogenese) zu ermöglichen.