Die in dieser Dissertation vorgestellten Projekte befassen sich hauptsächlich mit dem Zusammenspiel zwischen Zellen und synthetischen Polymermaterialien. Aufgrund der hervorragenden chemischen und biologischen Eigenschaften von Polyglycerin und seinen Derivaten wurde eine Vielzahl funktioneller Materialien entwickelt. Von zweidimensionalen Oberflächen mit bestimmten topographischen Strukturen bis hin zu dreidimensionalen immunmagnetischen Partikeln und Hydrogelen wurden Zelladhäsion, -erkennung und -proliferation untersucht und entsprechende Anwendungen vorgeschlagen. Im ersten Projekt wurden drei von Muscheln inspirierte Polyglycerin-Makromoleküle mit unterschiedlichen Molekularstrukturen und chemischen Zusammensetzungen synthetisiert. Als vielseitige Beschichtungsmaterialien wurden sie durch den Vergleich von jeweils zwei von ihnen die Einflüsse der Variante, d.h. der linearen/dendritischen Struktur und der Catechin/Amin-Zusammensetzung, auf die Beschichtungsergebnisse untersucht. Im Beschichtungsprozess spielt der Catechin-Gehalt bei der Oxidation die wichtigste Rolle, während die Amine bei der Vernetzung der Oxidationsmittel helfen. Eine höhere Catechol-Konzentration bedeutet daher eine schnellere Beschichtungsrate. Andererseits übertrifft der Beschichtungsprozess von dendritischem Polyglycerin trotz höherer Catechinfunktionalisierung den von linearem Polyglycerin, was auf die hohe Reaktionseffizienz von dendritischen Strukturen zurückzuführen ist. Daher kann dPG40 unter den drei MiPG-Typen innerhalb einer Stunde eine dicke, raue Beschichtung erreichen, lPG80 benötigt mehrere Stunden, während lPG40 nur eine einschichtige Beschichtung erzeugen kann. Je nach den Ergebnissen können für jedes dieser Produkte Anwendungen vorgeschlagen werden. Da Zellen beispielsweise eine Oberfläche mit einer bestimmten Rauheit bevorzugen, können dPG40 und lPG80 mit ihrer guten Abstimmbarkeit der Rauheit geeignete Substrate herstellen, an denen Zellen haften. Im zweiten Projekt brachten wir zunächst Polyglycerin in Eisennanopartikel ein, um gezielt Zellen einzufangen, und setzten dann Polyglycerin als Hydrogel-Plattform für die Zellkultur ein. Die faszinierenden Eigenschaften von Polyglycerin, wie z. B. Bio-Antifouling, einfache Nachfunktionalisierung und hervorragende Biokompatibilität, wurden nachgewiesen. Im ersten Teil wurden die immunmagnetischen Nanopartikel mit Polyglycerin von unerwünschten Zellen oder Molekülen abgeschirmt, die Zellerkennung und der Einfang erfolgten durch die Antikörper-Antigen-Interaktion. Es wurde eine hohe Effizienz, Selektivität und Spezifität erreicht. Später wurden die eingefangenen Zellen direkt in 98 Polyglycerin-Hydrogelen auf Acrylatbasis für die 3D-Kultur verkapselt. Wir haben aus den vercapselten Zellen erfolgreich multizelluläre Tumor-Sphäroide gezüchtet und anschließend das Screening von Antitumor-Medikamenten durchgeführt. Dies zeigt, dass unser Modell in der Flüssigbiopsie für die CTC-Forschung hervorragend geeignet ist und potenziell für die personalisierte Behandlung von Krebspatienten eingesetzt werden könnte. Ermutigt durch die erfolgreiche 3D-Kultur aus dem zweiten Projekt setzten wir die Erforschung der Möglichkeiten von Hydrogelen auf Polyglycerinbasis als ECM-Mimetika fort. Durch Änderung der Vernetzungschemie entwickelten wir ein nicht abbaubares Hydrogel als Vergleich zu dem abbaubaren Acrylat-Hydrogel, über das wir in Projekt 2 berichteten, und verwendeten es als Plattform für die 3D-Kultur. Es wurden verschiedene Zelllinien verwendet, die wir aus einzelnen Zellsuspensionen zu MCTS züchten konnten. Die Größe und Morphologie der MCTS wurden charakterisiert und wir konnten beweisen, dass unsere Plattform als vielseitiges Gerüst für die Erzeugung von MCTS dient. Im Gegensatz zu den Vorteilen des abbaubaren Hydrogels, das sich für die Freisetzung eignet, kann die nicht abbaubare Beschaffenheit in Situationen wie der Organoidbildung eingesetzt werden, in denen eine lange Kulturdauer erforderlich ist.
