Fibrous biomimetic and biohybrid carbon scaffolds for 3D cell growth

Taale, Mohammadreza

The formation of three dimensional tissue (3D) in the laboratory highly depends on the biomimetic environment, the engineered extracellular matrix (scaffold), the cell type as well as the biologically active components.The primary focus of this study is to fabricate and functionalize these highly porous carbon-based scaffolds and to understand biological and cellular responses toward them. To exploit the unique spatial features of the highly porous network for bone tissue engineering, bioactive ceramic nanoparticles (hydroxyapatite (HA), bioactive glass (BG)) are successfully incorporated into CNT-based scaffolds. The methods presented in this thesis provide a novel concept to generate biocompatible and bioactive fibrous carbon scaffolds that mimic the ECM with the additional feature of conductivity. The generated scaffolds can serve as groundbreaking fiber systems for 3D cell growth, which pave the way toward further investigations of diverse tissue engineering and bioapplications.

Die Entstehung eines dreidimensionalen (3D) Gewebes im Labor haängt stark von der biomimetischen Umgebung, der geformten extrazellulären Matrix (Gerüst), dem Zelltyp sowie von den biologisch aktiven Komponenten ab. Der Hauptschwerpunkt dieser Studie ist es, sowohl solche hochporösen kohlenstoffbasierten Gerüste herzustellen und zu funktionalisieren, als auch die biologischen und zellulären Reaktionen auf diese Gerüste verstehen zu lernen. Um die einzigartigen Eigenschaften dieser hochporösen Netzwerke für die Knochengewebezüchtung zu nutzen, wurden bioaktive, keramische Nanopartikel (Hydroxyapetite (HA), bioaktives Glass (BG)) erfolgreich in die CNT-basierten Gerüste eingebaut. Die hier präsentierten Methoden zeigen neue Konzepte der Herstellung von biokompatiblen und -aktiven Kohlenstoff Matrixen mit dem Vorteil der elektrischen Leitfähigkeit. Diese imitieren mit ihrer fibrösen Struktur die Extrazelluläre Matrix im Gewebe und generieren ein bahnbrechendes 3D Sytem für die Zellkultivierung. Im Bereich des Tissue Engineering und der biologischen Anwendungen können diese Strukturen somit als Grundlage zukünftiger Forschung dienen.

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Taale, Mohammadreza: Fibrous biomimetic and biohybrid carbon scaffolds for 3D cell growth. 2019.

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