Oktober-Sitzung der Klasse Naturwissenschaften und Technikwissenschaften

Die Klasse Naturwissenschaften und Technikwissenschaften lädt zun ihrer Oktober-Sitzung am 08. Oktober 2015 ein. Es wird der folgende Vortrag gehalten und zur Diskussion gestellt:

Thomas Groth (MLS):
Nutzung von Glykanan zur Kontrolle des Verhaltens von Zellen auf Biomaterialien

10.00 bis 12.00 Uhr

Ort: BVV-Saal

C.V.:
Prof. Groth ist Biologe und Mitglied der Leibniz-Sozietät seit 2014. Er studierte Biologie mit der Spezialisierung Biophysik an der Humboldt-Universität zu Berlin bei Prof. Roland Glaser und schloss sein Diplom 1985 ab. Nach dem Studium wechselte er an die Berliner Charité, wo er 1991 über die Hämokompatibilität von Biomaterialien im Fach Biophysik zum Dr. rer. nat. promoviert wurde. Nach mehrjähriger Tätigkeit als wissenschaftlicher Mitarbeiter in der Abteilung Biomaterialien der Charité wechselte er 1994 an das Institut für Chemie des GKSS Forschungszentrum zu Prof. Dieter Paul, wo er als wissenschaftlicher Mitarbeiter und später als Abteilungsleiter bis 2004 tätig war. Während dieser Zeit habilitierte er bei Prof. Burkhardt Micheel an der Universität Potsdam auf dem Arbeitsgebiet von Polymermembranen für bioartifizielle Organe und Biokompatibilität von Materialien.
2004 wurde er zum ordentlichen Professor auf dem Gebiet der Biomedizinischen Materialien an der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg berufen. Der Schwerpunkt seiner Arbeiten liegt seitdem auf der Entwicklung biomimetischer Oberflächenbeschichtungen für Biomaterialien im Bereich des Tissue Engineerings. Im Rahmen seiner langjährigen Tätigkeit war er an der Gründung des Start-Up Unternehmens SurfArc in Dänemark beteiligt, das eine innovative Methode zur Oberflächenbeschichtung von Biomaterialien entwickelt hat. Er ist als Erfinder an mehr als 15 Patenten beteiligt und hat ca. 180 Veröffentlichungen in Zeitschriften und Büchern publiziert. Seit September 2015 ist er auch Präsident der Europäischen Gesellschaft für Künstliche Organe (ESAO), einer der größten Berufsvereinigungen auf dem Gebiet des künstlichen Organersatzes weltweit.

Abstract:
Neben den Proteinen spielen Zucker bzw. Glykane eine bedeutsame Rolle im Organismus nicht nur als Energiereservoir und strukturgebende Komponenten, sondern auch als Träger von Informationen, die das Verhalten von Zellen und Geweben beeinflussen. Hier sind sogenannte Glykosaminoglykane (GAG) wie z.B. Heparansulfat oder Hyaluronsäuren von großer Bedeutung, die durch Wechselwirkung mit Proteinen indirekt oder durch Interaktion mit Zellrezeptoren direkt Adhäsion, Migration, Wachstum und Differenzierung von Zellen steuern. GAG spielen auch bei Wundheilungsvorgängen eine wichtige Rolle, weshalb diese auch als Biomaterialien beim sogenannten Tissue Engineering, der Herstellung bioartifiziellen Ersatzes geschädigter Gewebe, wie Knochen oder Knorpel Anwendung finden.
Um dies zu ermöglichen, können Oxidation oder Thiolierung als einfache chemische Verfahren genutzt werden, um GAG kovalent an Materialoberflächen zu koppeln. Daneben können auch adsorptive Beschichtungen mit der Layer-by-Layer-Methode für die Generierung stabiler, bioaktiver Multischichten genutzt werden. Im Rahmen des Vortrages werden Effekte der chemischen Aktvierung und Immobilisierung auf die Bioaktivität der GAG vorgestellt, wobei insbesondere Untersuchungen mit Zellen erfolgten.
Ein Nachteil von GAG aus biotechnologischen oder tierischen Quellen ist deren starke Variabilität hinsichtlich chemischer Zusammensetzung und Bioaktivität. Deshalb wurden in Kooperation mit Partnern der TU Dresden Derivate der Cellulose und von Chitosan mit GAG-analogem Verhalten synthetisiert, wobei insbesondere Cellulosesulfate eine spezifische mitogene und osteogene Bioaktivität in Zellkulturexperimenten aufwiesen. Schlussendlich wurde in Zusammenarbeit mit Kollegen der ETH Zürich gezeigt, das oxidierte GAG für die Herstellung von Hydrogelen zur Einbettung von mesenchymalen Stammzellen geeignet sind, um Gewebssphäroide für die Regeneration von Knorpeldefekten zu erzeugen.
Damit bieten GAG und GAG-analoge Polysaccharide vielfältige Anwendungsmöglichkeiten im Bereich bioaktiver Beschichtungen von Implantatmaterialien und Hydrogelen für die Behandlung von Defekten verschiedener Organe und Gewebe.