Für die Integration und den Langzeiterfolg eines Implantats ist die Qualität der Interaktion zwischen Zellen und Biomaterial von entscheidender Bedeutung. Diese Wechselwirkungen werden dabei maßgeblich durch die physiko-chemischen Eigenschaften des Biomaterials bestimmt, jedoch sind die zu Grunde liegenden molekularen Mechanismen noch weitgehend unklar und quantitative Korrelationen individueller Zellfunktionen mit ausgewählten Materialcharakteristika bis heute ungenügend. Die Analyse der Zellphysiologie von humanen MG-63 Osteoblasten in Abhängigkeit physikalischer, chemischer und elektrischer Eigenschaften definiert mikrostrukturierter Titanoberflächen zeigt einen starken Zusammenhang zwischen topographischen Oberflächeneigenschaften und diversen Zellfunktionen. Diese umfassen sowohl Änderungen phänotypischer als auch funktioneller zellulärer Parameter, wie z. B. Änderungen in der Zellmorphologie, Zellausbreitung (Spreading), Integrinexpression, Organisation des Aktinzytoskleletts sowie die Expression knochenspezifischer Matrixproteine, welche positiv mit Materialeigenschaften, wie Benetzbarkeit und Oberflächenenergie assoziiert sind. Dieses Auffinden von Zusammenhängen leistet einen wichtigen Beitrag um Vorgänge an der Grenzfläche zwischen Biomaterial und Zellen aufzuklären und kann somit zu zukünftigen Optimierungen von Implantatoberflächen für eine bessere Integration im Körper beitragen.
The knowledge about biocomplexity in dependence on biomaterial characteristics is of clinical relevance for the development of optimal implant designs in tissue engineering. At the interface of an implant, cellular behaviour is strongly influenced by the topographical and chemical properties of the biomaterial. However the underlying mechanisms in cell-biomaterial interactions are still unclear and quantitative correlations between physicochemical surface characteristics with individual cell reactions are still insufficient. The analysis of cell physiology of human MG-63 osteoblasts in dependence on physico-chemical surface properties of defined microstructured titanium surfaces demonstrated a strong relationship between topographical surface characteristics and a wide range of cellular behaviour, including cell morphology, spreading, integrin expression, formation of the actin cytoskeleton and the synthesis of bone-specific matrix proteins, which are positively associated with the material surface characteristics like wettability and surface energy. Taken together, to conceive the biocomplexity of cellular behaviour as a response to the biomaterials influence is a huge task and finding out correlations in the cell-material dialogue can benefit the optimization of biorelevant implant design in the future for a better implant integration.