Die komplexe Regulation der zentralen Stammzelleigenschaften, Selbsterneuerung und Differenzierung, hängt in hohem Maße von mechanischen Eigenschaften der Mikroumgebung ab, wobei mechanische Signale durch Integrine erkannt und konvertiert werden. In der vorliegenden Arbeit wurde das Integrinrezeptorsystem der mesenchymalen Stammzellen (MSC) sowohl durch eine gezielte mechanische Rezeptorstimulation an β1-Integrinen als auch durch spezifische Adhäsionssubstrate (RGD-Peptide und Fibronektin (FN)) angesprochen. Unter dem Einfluss der mechanischen Stimulation wurde sowohl die Expression von Kollagen 1a als auch die Sekretion des bioaktiven Faktors VEGF in Abhängigkeit von der Art des Adhäsionssubstrates moduliert. Die durch die Funktionalisierung der Adhäsionssubstrate hervorgerufene Veränderung dessen mechanischer Eigenschaften beeinflusste die osteogene Differenzierung der MSC. Das Adhäsionsverhalten der MSC, charakterisiert durch Zellausbreitung und -größe, Organisation des β-Aktin-Zytoskeletts und der Fokalkontakte, zeigte sich einerseits abhängig von der homogenen Oberflächenfunktionalisierung als auch von der Mikrostrukturierung durch Aufbringung von FN-Streifen verschiedener Dimensionen. RGD- und FN-funktionalisierte Oberflächen sowie streifenförmige FN-Mikrostrukturierungen können somit für eine gezielte Modulation der biologischen Antwort von MSC eingesetzt werden und zur Optimierung regenerativer Therapien beitragen.
The regulation of stem cell properties like self renewal and differentiation is complex and highly dependent on mechanical properties of the microenvironment. Integrins detect and convert mechanical signals. In this study, the integrin receptor system of mesenchymal stem cells (MSC) was addressed by both a specific mechanical stimulation of β1-integrins and functionalization of adhesion substrates using RGD peptides or fibronectin (FN). After mechanical stimulation, the expression of collagen 1a as well as the secretion of the bioactive factor VEGF could be modulated when functionalized substrates were used. Alterations in mechanical properties of adhesions substrates due to functionalization influenced the osteogenic differentiation of MSC. Cellular parameters regarding cell adhesion like spreading, cell size, organization of the β-actin cytoskeleton as well as focal adhesions were shown to be dependent on both homogeneous functionalization and linear microstructuring using FN in different dimensions. In conclusion, RGD peptide and FN functionalized adhesion substrates as well as linear microstructuring with FN are able to modulate the biological response of MSC and can contribute to regenerative therapies.