Was sind die Vor- und Nachteile von Autologen Zellen?
Vorteil:
Keine Abstoßung
Nachteil:
Verfügbarkeit
Herstellungsprozess
Kostenintensiv
Was sind die Vor- und Nachteile von Allogenen Zellen?
“off the shelf”
Standardisierbar
Transformation von Zellen
Langzeitverbleib
Problematisch bei großflächigen Transplantationen
Welche Vor und Nachteile haben Stammzellen?
Differenzierung in vitro und in vivo
Differenzierung in verschiedene Zelltypen
Imitation der Gewebeentwicklung
Aufreinigung
Kultivierung
Was sind die Vor und Nachteile von gewebsspezifischen Zellen?
Kontrolle des Zelltyps
Geringere Lebensdauer
Korrekter Einbau möglich?
Nennen Sie (a) einen Zelltyp,
(b) ein Wachstumsfaktor und
(c) ein Bone Graft Substitute Material die für einen fortgeschrittenen Knochenersatz im TE verwendet werden.
(d) Müsste das Produkt im.Vergleich zu Autograft im Normalfall besser oder gleich gut sein als in der klinischen Praxis, und erklären Sie kurz warum?
(a) mesenchymale Stammzellen
(b) BMP
(c) xenogene Transplantate
(d) Autograft gilt als Goldstandard —> aus eigenem Körper, Abstoßungsrisiko minimiert, bessere Integration. Fortgeschrittener Knochenersatz muss mindestens genauso effektiv sein wie das Autograft um erfolgreich zu sein
Auf welchen drei Säulen von Materialien beruht das Tissue Engineering?
Zellen
Scaffold
Signale
Beschreiben Sie kurz das Ziel vom Tissue Engineering?
Produktion von Gewebe in vitro als Ersatz bzw Einsatz von Produkten zur Regeneration von Gewebe in vivo
(a) Beschreiben Sie kurz die Abfolge der Schritte, die nötig sind um mittels 3D-Druck einen künstlichen Knocheneraatz für einen Kieferknochen zu drucken.
Erstellung von 2D Schnitten
Rekonstruktion eines 3D-Abbildes mit spezieller Software
Schicht für Schicht Aufbau der 3D-Struktur mittels SFF/RP
Nennen Sie Techniken zu Herstellung computerassistierten, maßgeschneiderten 3D-Strukturen.
Stereolithographie
Pulverfusions-Druck
Solid free form
(a) Beschreiben Sie kurz die Herstellung von fibrösen Strukturen und
(b) erklären Sie eine Technik zur Herstellung dieses Scaffolds.
(a) polymere Fasern sind Ausgangsmaterial für die Herstellung von Textilen, die Faserherstellung funktioniert mittels Schmelzspinnen (thermoplastische Polymere), Lösungsmittelspinne (temperaturinstabilde Polymere) oder Elektrospinnen
(b) Elektrospinnen: uniaxiale Dehnung einer viskoelastischen Lösung durch elektromagnetische Kräfte —> Spritze mit Polymerlösung an eine Spannungsfeld
Nennen Sie Fabrikationstechnicken zur Herstellung schwammartiger Strukturen.
Gas-Schäumungsverfahren
Gefriertrocknung mit oder ohne Gas
“Solvent casting and particular leaching”
Thermisch induzierte Phasenseperation
Beschreiben Sie eine Technick zur Herstellung schwammartiger Scaffolds.
Gas-Schäumungsverfahren:
Gas wird als Porogen verwendet
polymer wird in Scheiben gepresst und in Hochdruckkammer CO2 exponiert —> es entsteht eine Polymer/Gaslösung
Reduktion des Gasdrucks über mehrere Tage
Nennen sie je 2 Beispiele für synthetisch beodegradable, synthetisch non-biodegradable und natürliche Polymere.
Synthetisch biodegradabel:
Polyactide
polyglycoside
Synthetisch non-biodegradabel:
Polyethylen
Polyurethan
Natürlich:
kollagen
gelatine
Durch welche spezielle Technik kann ich synthetische/natürliche Polymere zu Fasern fürs Tissue Engineering verarbeiten und was unterscheidet solche Fasern von jenen die durch konventionelle Methoden hergestellt werden.
Elekrospinning
Durch elektrospinning hergestellte Fasern sind sehr klein, sehr dünn und haben hohe spezifische Oberflächen —> dadurch können sie als Substrate für Zelladhäsion und -proliferation verwendet werden und bilden eine dreidimensionale Matrix —> Bildung neuer Gewebe
Was sind iPS und worin liegt ihr potenzieller Vorteil fürs Tissue Engineering? Nennen Sie eine Anwendung wie iPS eingesetzt werden können.
Induzierte pluripotente Stammzellen
Vorteil: Quelle von autologen Stammzellen —> keine Immunreaktion
Anwendung zur Herstellung von künstlichen Herzgewebe —> können in Kardiomyozyten, Endothelzellen und glatte Muskelzellen differenziert werden
Was passiert beim Kerntransfer und worin liegt der Vorteil im Tissue Engineering? Nennen Sie die Nachteile.
Zur Generierung von eigenen genetisch identen Stammzellen genutzt
Vorteil: keine Immunreaktion
Nachteil: teuer, ineffizient, ethisch problematisch
Sie wollen eine künstliche Haut als permanenten Ersatz für die Behandlung von tiefen Ulcera beim diabetischen Fuß herstellen.
(a) welche beiden Gewebsschichten müssen Sie dabei ersetzten?
(b) Nennen Wie eine Möglichkeit, aus welchen materialien so eine künstliche Haut zusammengesetzt werden könnte.
(a) Epidermis und Dermis
(b) biodegradierbarer Polymer-Dcaffold mit
Epidermis-Schicht: Kultivierung von keratinogenen Zellen auf Scaffold-Oberfläche
Dermis-Schicht: Kultivierung von dermalen Fibroblasten auf tiefere Scaffold-Schicht
Mittlere Schicht: Polyglykolsäure oder Polymilchsäure —> biodegradierbare Struktur
(a) Was bedeutet Dezellularisierung von xenogenem Gewebe im Tissue Engineering?
(b) zu welchem Zweck wird dies verwendet?
(c) nennen Sie ein mögliches Einsatzgebiet.
(a) dezellularisierung von xenogenem Gewebe bezieht sich auf den Prozess der Entfernung von Zellen und Zellkomponrnten aus Geweben tierischen Ursprungs
(b) um ECM zu schaffen —> Grundlage für die Konstruktion von künstlichen Gewebe oder Organen
(c) Konstruktion von Herzklappen
Skizzieren Sie kurz das Prinzip der Immobilisierung bei der Verabreichung von WF im TE.
WF können in aktiver und inaktiver Form an die Träger gebunden sein. Inaktive würden durch Abspaltung aktiviert werden.
Verschiedene Arten der Konjugation —> spezielle Designs der Hydrogelmatrix oder Modifikation der WF
Was ist “ungewollte Immunigenizität” bei der Verwendung von WF?
Die Möglichkeit, dass der Körper des Empfängers eine Immunantwort auf die verabreichten Faktoren zeigt —> WF wird als fremd erkannt und Körper geht dagegen vor
wirksamkeit der Therapie wird beeinträchtigt
Skizzieren Sie kurz die Verkapselung bei der Verabreichung von WF im TE?
WF sind im Polymerscaffold oder Hydrogele eingeschlossen —> werden an den Bestimmungsort implantiert —> lokale Freisetzung durch Diffusion und/oder Abbau
Was sind die Gründe der Ineffektivität bei der Verwendung von WF?
Verabreichungsform
Änderung der Aktivität der WF
Fehlender Cross-talk mit Faktoren
Sie wollen ein künstliches Herz mittels TR herstellen und wollen dafür Scaffold mit Zellen in vitro besiedeln.
(a) Beschreiben Sie eine Möglichkeit, ein solches Konstrukt herzustellen inklusive d3r Materialien und Zelltypen die Sie dafür verwenden würden, um ein funktionelles Konstrukt herzustellen.
(b) Nennen Sie eine mögliche Technik zur Zellansiedelung.
(a) als Scaffold: Biodegradable Polymere, Hydrogele oder Natriummaterialien wie Kollagen
Zellen: hängen von der Art des Blutgefäßes ab, Endothelzellen oder glatte Muskulatur am häifigsten
(b) statische Besiedelung, dynamische Besuedelung
Sie wollen eine künstliche Herzklappemittels TR herstellen und wollen dafür Scaffold mit Zellen in vitro besiedeln.
(a) optimaler Herzklappenersatz ist biokompatibel, wächst mit Körper mit, hat regenerative Funktion undbist vergleichbar mit natürlichem Herz
Zellen sind vascula interstitional cells oder valvqr endocardial cells
(b) Ansätze sind
In vivo Kolonisierung - Imolantatiok von Konstrukten, die Einwanderung von und Besidelung mit Zellen im Körper ermöglichen
In vitro Kolonisierung - Isolierung von autologen Zellen, Expansion, Besiedelung im Bioreaktor und Implantation
Sie wollen einen künstlichen Herzmuskel mittels TE herstellen und wollen dafür Scaffold mit Zellen in vitro besiedeln.
(a) Scaffold aus dezellularisierter Matrix aus dem Herz oder synthetischen Scaffolds, Myokard-Patch, Zellen: Kardiomyozyten
(b) Besoedelung komplexer 3D-Struktur oder Dezellularisierung ganzer Herzen
Beschreiben Sie kurz den Unterschied zwischen permanenter und temporärer Verkapselung zur Verabreichung von Zellen.
Permanenter Einschluss in stabile Polymermatrix:
Semi permiabel
schutz des Immunsystem
Zellen können ihre zugeteilte Funktion ausführen
Zellen sezernieren gewünschte Proteine
Temporärer Einschluss in Hydrogel:
Hydrogel wird langsam durch körpereigenes Gewebe ersetzt
Degradierte polymere —> langsamer Erdatz durch autologe Zellen
Freisetzung, um ins Gewebe zu integrieren
Polymerisatiin ex vivo
Welche Methode (permanente oder temporäre Verkapselung) würde sie wählen zur Behandlung von (a) Myokardinfarkten und (b) Typ 1 Diabetes und erklären Sie kurz, warum?
(a) temporär: Myokardinfarkt —> abgestorbenes Gewebe muss ersetzt werden durch neue Zellen —> können temporär eingebracht werden und durch Degradieren der Kapsel ins Innere der Zellen das Gewebe ersetzten
(b) permanent: Diabetes —> Zellen können so eingebracht zur Insulinproduktion führen —> meistens eukaryotische Zellinien oder modifizierte E.coli —> nach permanenten Einbau - Schutz vor Immunzellen
Beschreiben Sie kurz Bioprinting zur Verabreichung von Zellen. Welche Druckverfahren gibt es?
Sonderform des 3D-printing —> kombiniert Scaffold-Herstellung mit der Zellverkapselung
Scaffoldmaterialien bestehen aus natürlichen und synthetischen Polymeren —> Biotinte (lebende Zellen mit hydrogelen Matrix)
Vorteil: Große Anzahl an Zellen in Hydrogel-Scaffold
Printing Prinzip: Schicht für Schicht werden Zellaggregate aufgebracht, Zellen vereinigen sich zu gewebeartigen Struktur —> es können tubuläre Strukturen hergestellt werden: Zellen und zellfreie Polymerstrukturen werden aufgebracht und Verzweigungen sind möglich
Methoden: Laser-asistierte Methode, Tintenstrahlprinzip, Extrusions-basierender Druck
(a) Was bedeutet Dezellularisierung von allogenem Gewebe im TE?
(b) Zu welchem Zweck wird dies beim TE durchgeführt?
(c) Nennen Sie ein möchliches Einsatzgebiet?
(a) dezellularisierung von allogenem Gewebe bedeutet von körperfremden Spendern die Zellrn aus dem zu ersetztenden Gewebe zu befreien —> ECm bleibt erhalten —> kann von autologen Zellen besiedelt werden
(c) Hauttransplantationen
Sie wollen eine künstliche Haut als permanenten Ersatz für Verbrennungen 3ten Grades herstellen. (a) Welche beiden Gewebsschichten müssen Sie dabei ersetzten?
Nennen Sie für jede der beiden Gewebsschichten (b) ein Material, welches als Scaffold verwendet werden kann und (c) einen Zelltyp, der auf dem Scaffold für die künstliche Haut angesiedelt werden kann.
(b) Kollagen
(c) Keratinozyten Fibroblasten
Welches anorganische Material wird im Knochen TE verwendet und warum?
Keramik —> Hydroxylapatit. Hohe mechanische Festigkeit und Ähnlichkeit zu natürlicher Knochenstruktur
Was ist demineralisierte Knochenmatrix und was ist dessen Vorteil im Knochen TE?
Knochen aus Leichenspendern
Mineralien entfern und nur merh Proteine, WF und Hormone bleiben übrig
wenig immunogen
kein 2. OP —> weniger Schmerzen und Infektionsrisiko
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