Author:

Abstract:

Botweefselengineering is een onderzoeksdomein dat de mogelijkheid heeft een radicale verandering teweeg te brengen in de behandeling van niet-helende botdefecten. Deze nieuwe biotechnologie tracht biologisch actieve producten aan te maken in vitro door cellen in combinatie met biomaterialen onder specifieke biochemische en mechanische omstandigheden te kweken. Het doel van dit doctoraat is het gebruik van fibrine als biomateriaal in botweefselengineering te onderzoeken. Daartoe is een aanpak ontwikkeld die zowel rekening houdt met de interacties tussen cellen en het biomateriaal, met mechanische factoren en met massatransport in fibrine. Eerst is de biologische interactie tussen menselijke cellen en fibrine hydrogels onderzocht. Tijdens in vitro experimenten is de invloed van fibrine substraten en draagstructuren op de morfologie, viabiliteit, proliferatie en osteogene differentiatie van humane periostale cellen gemeten. In een tweede deel is een wiskundig bioregulatorisch model ontwikkeld om het verband tussen celgroei en -sterfte en massatransport van zuurstof in fibrine hydrogels te beschrijven. De geldigheid van het model is onderzocht door de modelvoorspellingen kwantitatief te vergelijken met experimentele resultaten. Daarnaast is in een sensitiviteitsanalyse de invloed van de verschillende modelparameters op de modeluitkomsten nagegaan. Het derde deel beschrijft de experimentele meting van het mechanisch gedrag van fibrine hydrogels. Op basis van de spanningsrelaxatie experimenten zijn de materiaalparameters bepaald van een constitutief model dat fibrine beschouwt als een poroviscoelastisch materiaal. In het laatste deel van dit werk is een nieuwe bioreactor ontwikkeld die cellen in een hydrogel mechanisch kan stimuleren. Tijdens een eerste reeks bioreactorexperimenten is onderzocht of de viabiliteit, proliferatie en differentiatie van periostale cellen beïnvloed worden door het dynamisch samendrukken van fibrine hydrogels.