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André Flemming

• Nichtinvasive laseroptische Visualisierungsverfahren gewinnen in der biologischen Analytik zunehmend an Bedeutung. Insbesondere die Analyse der Autofluoreszenz bietet die Möglichkeit, strukturelle Eigenschaften und zellbiologische Prozesse ohne biochemischen Eingriff in das biologische Milieu zu detektieren. Das Ziel der Diplomarbeit bestand in der Untersuchung des Einflusses verschiedener Scaffoldmaterialien, wie auch in der Untersuchung des Effektes der mechanischen Zellstimulation auf das Zellwachstum und die Zelldifferenzierung von Chondrozyten in 3D-Zellträgerkonstrukten. Dabei wurden mittels der Zweiphotonenmikroskopie (2PLSM) die Möglichkeiten der selektiven Visualisierung von Scaffolds, Zellen und zellsynthetisierten extrazellulären Matrixsubstanzen validiert. Im Ergebnis der Arbeit konnte gezeigt werden, dass die Anzahl und die Verteilung der Chondrozyten im 3D-Tissue Engineering-Konstrukt mittels 3D-Rendering sowohl visualisiert wie auch quantifiziert werden konnte. Dabei erfolgte die Quantifizierung auf der softwarebasierten Größenerkennung, sowie der Klassifizierung nach RGB-Signalanteilen. Weiterhin konnte gezeigt werden, dass die Dedifferenzierung primärer Chondrozyten durch die in vitro Kultivierung auf dem dreidimensionalen Scaffoldmaterial und durch die hydrostatische Stimulation verzögert wird. Im Vergleich der getesteten Materialien weist das Schwamm-Scaffoldmaterial mit kleinen Poren die günstigsten Effekte hinsichtlich einer Verzögerung dedifferenzierender Prozesse auf. Die erhaltenen Ergebnisse wurden abschließend mit biochemischen Daten und Ergebnissen einer Genexpressionsanalyse verglichen.
• The importance of non-invasive laser-optical visualisation techniques in analytical biology is steadily increasing. In particular the analysis of the autofluorescence offers the possibility to detect structural properties and cell-biological processes without biochemical intervention in the biological environment. The aim of the diploma thesis was the investigation of the influence of different scaffold materials, as well as of effects of mechanical cell stimulation on the cell growth and the cell differentiation of chondrocytes within 3D cell constructs. Thereby, the possibilities of the selective visualisation of scaffolds, cells and cell-synthesized extracellular matrix substances by means of two-photon microscopy (2PLSM) were validated. It could be shown that the number and the distribution of the chondrocytes within threedimensional tissue engineering constructs can be both visualised and quantified by means of 3D rendering. Thereby the quantification can be achieved by software based procedures of classifications according the structural size as well as rates of RGB signals. Furthermore it could be shown that the dedifferentiation of primary chondrocytes is delayed both by in vitro cultivation on three-dimensional scaffold materials and hydrostatic stimulation. By comparison of the tested materials the sponge like scaffold materials with small pores show the most favorable effects concerning the delay of dedifferentiation processes. Finally the obtained results were compared with biochemical data and results of a gene expression analysis.