Die demographische Entwicklung weist eine immer älter werdende Bevölkerung in industrialisierten Ländern aus, gleichzeitig steigt der Bedarf an medizinischen Therapien. Insbesondere die Behandlung von Geweben im menschlichen Körper bedarf neuer, verbesserter Konzepte. Neue Behandlungsmethoden, die eine Regeneration, einen vollständigen oder teilweisen Ersatz geschädigter Organe erlauben, könnten die medizinische wie auch wirtschaftliche Situation nachhaltig verbessern. Um die Herstellung bioartifizieller Organe oder Teile dessen in Zukunft zu realisieren, bedarf es funktioneller Gewebe. Die Präparation dieser Gewebe ist das Gebiet des tissue engineerings, ein wesentliches Segment der Regenerativen Medizin. Im Rahmen der Arbeit wurde das Biopolymer Alginat chemisch so gezielt modifiziert, dass dieses als biointelligentes scaffold für die Kultivierung von Herzmuskelgeweben eingesetzt werden konnte. Als adäquate Gerüst-Körper stellten sich Hydrogele heraus, welche in zwei unterschiedlichen Methoden präpariert wurden. Initial wurden methacrylierte Alginate, Hyaluronsäure und Gelatine radikalisch vernetzt. Dieses Verfahren generierte vorgeformte Gel-Körper. Zur Kultivierung von Myokardien wurden anschließend Zellmischungen aus Fibroblasten und Cardiomyocyten, die aus neonatalen Rattenherzen isoliert wurden, auf den Gelen ausgesiedelt. Da die kleinporige Struktur der Gele ein homogenes Einwachsen der Zellen inhibierte, konnten autonome Myokardien über diesen Ansatz jedoch nicht gezüchtet werden. Deshalb wurde ein in situ gelierendes System entwickelt, was die Zugabe von Zellen vor der Gelbildung ermöglichte. Die in wässrigen Medien, bei Raumtemperatur, additivfrei ablaufende in situ Gelierung basiert auf Aldehydo- und Hydrazido-modifizierten Alginaten, die kovalent über Hydrazone verknüpft werden. Unter Beigabe von Collagen konnten komplexe dreidimensionale Herzmuskeln innerhalb von 14 Tagen gezüchtet werden. Anschließend wurde die Substitution des Collagens durch Konjugation definierter Adhäsionsfaktoren an das Alginat verfolgt. Dies konnte durch die bioorthogonale Ligation von zyklischen RGDfK-Pentapeptiden an Oxanorbornadien-modifizierte Alginate erreicht werden. Die per Literatur als Click Reaktionen definierten Ligations- und Vernetzungsschritte konnten sowohl in Form eines sequentiellen, als auch in einem doppelten Click-Prozesses am Alginat durchgeführt werden. Schließlich konnte die Adhäsion von Cardiomyocyten an RGD-funktionalisierte, in situ gelierte Alginat-Hydrogele, hergestellt über den schrittweisen Click-Prozess, gezeigt werden.
The demographic evolution depicts a growing older population in industrialized countries with a related increasing demand of medical therapies In particular the treatment of soft parts within the human body requires novel concepts. Therefore new methods of treatment need to be developed which enable regeneration, replacement or reparation of organs, tissues or parts of it. These approaches could improve the situation for patients sustainable. In order to build up bioartificial organs functional tissues are required, this leads to the field of tissue engineering, an important area of regenerative medicine. In this work, the biopolymer alginate was selectively modified, yielding bio-intelligent scaffolds for the cultivation of cardiac heart tissues. Hydrogels were proven to be the adequate constructs, obtained via two different approaches. In a first attempt, methacryhc alginate, hyaluronic acid and gelatine were cross-linked radically to give premould gels. Afterwards cellmixtures of fibroblasts and cardiomyocytes, isolated from neonatal rat hearts, were seeded on the preformed gel samples. As the small porous structures of the gels inhibited cell ingrowth, complex cardiac tissues were not successfully cultivated. In a second technique an optimized in situ gelling system was developed, which allowed to add the cells before gelation occurred. This system is based on aldehydo- and hydrazido-modified alginate strains, which were mixed in aqueous solution at room temperature without any additives, generating transparent, durable hydrogels through hydrazone cross-linking. Under addition of collagen, complex three-dimensional cardiac tissues were grown within 14 days. The substitution of collagen was traced by defined adhesion-factors subsequently. This attempt was accomplished by conjugation of cyclic RGDfK-pentapeptids to modified alginate components. The ligation was achieved in metal-free manner via functionalisation of alginate with oxanorbornadiene moieties. Ligation and cross-linkage, each literally termed as click reactions, could be performed in a sequential- as well as in a double-click process. Finally, the adhesion of neonatal rat cardiomyocytes to RGD-functionalized, in situ formed algmate hydrogels, produced in a seouential process, was introduced and confirmed successfully.