Diese Dissertation widmet sich dem Forschungsfeld des vaskulären Tissue Engineering mit einem besonderen Fokus auf Organ-on-a-Chip-Systemen (OOAC) und deren zentralen Herstellungsmethoden: dem 3D-Extrusionsdruck, der PDMS-Softlithografie sowie der Kombination aus Zwei-Photonen-Polymerisationsdruck (2PP-Druck) und Stereolithografie (SLA). Im Rahmen einer Literaturübersicht werden bestehende Fertigungstechnologien zur Entwicklung von OOAC-Systemen aufgearbeitet, wobei das Hauptaugenmerk auf vaskulären on-a-Chip-Modellen (VOAC) liegt. Ziel ist es, den aktuellen Stand der Forschung darzustellen und potenzielle Anwendungen herauszuarbeiten. Der Schwerpunkt der Arbeit liegt in der Entwicklung eines VOAC-Modells und dessen Validierung anhand von Endothelzellkulturen, wobei die potenzielle Nutzung vaskulärer Konstrukte in der regenerativen Medizin den Rahmen dieser Arbeit überschreitet. Die experimentellen Arbeiten zum 3D-Extrusionsdruck von VOAC-Systemen umfassen die Modifizierung eines FDM-Extrusionsdruckers für biologische Anwendungen, die Auswahl der Biomaterialien sowie die Besiedlung der Gefäßkonstrukte mit Zellen. Für den 3D-Druck mit Multiphotonen-Techniken umfasst die experimentelle Arbeit die Herstellung eines Angiogenese-on-a-Chip-Systems, die Entwicklung einer Kartusche für die automatisierte Zellkultivierung sowie die Analyse der auf dem Chip erzeugten Gefäßstrukturen. Darüber hinaus untersucht die Arbeit PDMS-basierte Mikrofluidik-Chips, die mittels Softlithografie hergestellt wurden. Die Arbeit umfasst die Entwicklung von Chip-Geometrien, die Integration verschiedener Perfusionsmethoden und die Bewertung des Verhaltens von Endothelzellen als Reaktion auf angiogene Stimuli. Die in dieser Dissertation entwickelten VOAC-Systeme bieten wertvolle Einblicke in die in-vitro-Vaskularisierung und stellen Plattformen für unterschiedlichste Forschungsanwendungen im Bereich des Tissue Engineerings bereit. Insbesondere die Kombination der 2PP- und SLA-Druckverfahren ermöglicht die Herstellung von Mikrofluidik-Chips mit adaptierbaren Designs. Ein Beispiel für ein solches System ist ein VOAC-Modell, das zur Untersuchung der Angiogenese unter physiologischen und pathologischen Bedingungen eingesetzt werden kann. Mit Hilfe von 3D-Extrusionsdruck hergestellte mikrofluidische Systeme können zur Untersuchung der Reaktion von Endothelzellen auf strömungsinduzierte Reize eingesetzt werden. Diese Arbeit leistet somit einen wesentlichen Beitrag zur Weiterentwicklung von VOAC-Systemen mit Auswirkungen sowohl auf die Grundlagenforschung als auch auf die angewandten biomedizinischen Wissenschaften.
Daria Albern (Mon,) studied this question.