@PhdThesis{duepublico_mods_00011628,
  author = 	{Chatzinikolaidou Dr., Maria},
  title = 	{Untersuchungen zur Immobilisierung und Freisetzung von rekombinantem humanem bone morphogenetic Protein 2 (BMP-2) in biologisch aktiver Form auf metallischen Implantatoberfl{\"a}chen},
  keywords = 	{alkalische Phosphatase; bioaktive Oberfl{\"a}chen; Biologisierung; BMP-2; Chromschwefels{\"a}ure; CoCrMo; Funktionalisierung; Hydrophilie; Hydrophobizit{\"a}t; Kaninchen; Knochenimplantate; Kontaktwinkel; MC3T3-E1; Osteoinduktion; Osteointegration; Proteinadsorption; Proteindesorption; Schaf; Silane; Stahl; Titan; Titanoxid; Toxikologie; Ubiquitin},
  abstract = 	{In den letzten Jahren wurde die chemische Immobilisierung von biologisch aktivem BMP-2 auf Titanimplantaten beschrieben, die zum besseren Knochenwachstum und zur beschleunigten Osteointegration in vivo f{\"u}hrte [1-4]. Immobilisierungs- und Desorptionsexperimente wurden ebenfalls auf Cobaltchrommolybd{\"a}n- und Titanplasmaspray-beschichteten Legierungsoberfl{\"a}chen durchgef{\"u}hrt. Zur Entwicklung eines solchen Systems soll die Freisetzung des immobilisierten BMP-2 kontrolliert werden. Wir verwenden je nach chemische Modifikation der Oberfl{\"a}chen zwei Methoden zur Immobilisierung: die kovalente und die nicht-kovalente. F{\"u}r die nicht-kovalente Immobilisierung auf mit Chromschwefels{\"a}ure behandelten (CSA) Metalloberfl{\"a}chen wurde rhBMP-2 hydrophob auf alkylsubstituiertem Titan mit hoher Oberfl{\"a}chenkonzentration (Ti-CSA-APS) adsorbiert. Die kovalente Immobilisierung erfolgte durch Aktivierung der vorher mit 3-Aminopropyltriethoxysilan (APS) modifizierten Oberfl{\"a}che mittels 1,1{\textasciiacute}- Carbonyldiimidazol (CDI) und anschlie{\ss}ende Kopplung der ?-Aminogruppe der Lysinreste des Proteins. Im letzten Fall erh{\"a}lt man eine Mischung aus kovalent und nicht-kovalent immobilisiertem Protein. Die immobilisierten Mengen an 125I-rhBMP-2 auf Titan liegen je nach Oberfl{\"a}chenbeschaffenheit zwischen 0.2 – 8.0 {\textmu}g/cm2 geometrischer Fl{\"a}che. Die Freisetzungskinetiken von 125I-rhBMP-2 auf Titan und anderen Metalloberfl{\"a}chen liefern wichtige Information zur Verwendung der Metallimplantate als „drug delivery“ in situ. Die Halbwertszeiten wurden nach einem Zweiphasen-Zerfallsmodell berechnet, wobei zwischen einer schnellen Anfangsphase und einer langsameren Endphase differenziert wird. Hier wird {\"u}ber die langsamere Phase berichtet. Im Falle einer spontanen Desorption unter Verwendung eines physiologischen Phosphat-Puffers bei pH 7.4 werden 90 {\%} der urspr{\"u}nglich immobilisierten Proteinmenge in der langsamen Phase mit Halbwertszeiten von 30 d f{\"u}r Ti-CSA-APS und 40 d f{\"u}r Ti-CSA-APS-CDI freigesetzt. Zur Differenzierung zwischen kovalent und nicht-kovalent gebundenem 125I-rhBMP-2 wurden Verdr{\"a}ngungsexperimente bei hohen Konzentrationen von Alkylaminl{\"o}sungen durchgef{\"u}hrt. Zus{\"a}tzlich dient die Desorption durch Alkylaminl{\"o}sungen als Nachweis f{\"u}r den Mechanismus der Adsorption von BMP-2 durch hydrophobe Wechselwirkung. Letztere Methode f{\"u}hrt zu einer schnellen Freisetzung von 30 {\%} der urspr{\"u}nglich immobilisierten Proteinmenge innerhalb von 6 h. Die restlichen 70 {\%} werden mit Halbwertszeiten von 5 – 8 d von der Ti-CSA-APS- bzw. 13 d von der Ti-CSA-APS-CDI-Oberfl{\"a}che freigesetzt. Im Gegensatz dazu, werden die Halbwertszeiten durch Ethylaminl{\"o}sung auf 18 d f{\"u}r Ti-CSAAPS und 28 d f{\"u}r Ti-CSA-APS-CDI reduziert. {\"A}hnliche Werte konnten f{\"u}r die modifizierte Cobaltchrommolybd{\"a}n-Legierung erhalten werden. Daraus schlie{\ss}en wir einen Zusammenhang zwischenden Halbwertszeiten und der Kohlenstoffkettenl{\"a}nge der verwendeten Alkylaminl{\"o}sungen. Es wird eine st{\"a}rkere hydrophobe Wechselwirkung bei hoher Kohlenstoffkettenl{\"a}nge (C6, C7, C8) gezeigt. Die biologische Aktivit{\"a}t des auf Metalloberfl{\"a}chen immobilisierten rhBMP-2 konnte in der murinen Osteoblasten-Zelllinie MC3T3-M1 mittels Fluoreszenzmikroskopie [5] durch Aktivierung der alkalischen Phosphatase gemessen werden. Zellen, die auf rhBMP-2-beschichteten Metalloberfl{\"a}chen wachsen, zeigen nach 6 d im Gegensatz zu den Negativkontrollen eine starke Fluoreszenz als Nachweis der alkalischen Phosphatase-Aktivit{\"a}t. Diese Ergebnisse konnten in einem 1 mm-Spalt{\"u}berbr{\"u}ckungsverfahren in vivo im distalen Femurkondylus vom Schaf durch komplette Osteointegration nach 4 Wochen best{\"a}tigt werden. Die gemessenen Halbwertszeiten von 30 – 40 d stimmen sehr gut mit der Zeit {\"u}berein, die f{\"u}r das physiologische Knochenwachstum erfordert wird. Nach Berechnungen von Desorptionsexperimenten vonTitanplasmaspray-beschichteter Titanlegierung unter Ber{\"u}cksichtigung der Halbwertszeiten werden theoretisch ca. 80 ng/cm2 rhBMP-2 pro Tag freigesetzt. Das zeigt das Potential von bioaktiven Oberfl{\"a}chen f{\"u}r klinische Anwendungen.},
  url = 	{https://duepublico2.uni-due.de/receive/duepublico_mods_00011628},
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