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Humanes Fettgewebe sekretiert hunderte regulatorisch aktive Hormone, die bei der Entstehung und Manifestierung schwerwiegender Krankheiten wie Diabetes oder kardiovaskulären Erkrankungen beteiligt sind. Um die Vorhersagekraft von in vitro Modellen zu verbessern und die Komplexität des nativen Fettgewebes besser nachzubilden, werden dringend dreidimensionale (3D) in vivo nahe Fettgewebemodelle benötigt. Um solch ein flexibel anwendbares möglichst physiologisches Modell aufzubauen wurde in dieser Arbeit der Aufbau und die Evaluierung verschiedener 3D Fettgewebemodelle teils mit artifizieller Matrix angestrebt und im Anschluss mit dem nativen Zustand vergleichen. Beginnend wurden aus primärem humanem Fett Lobuli in verschiedenen Größenbereichen isoliert, kultiviert und der Zelltod sowie Zeichen der Lipolyse bestimmt. Es hat sich gezeigt, dass Lobuli mit einem Gewicht von 27 – 70 mg über 15 Tagen die stabilsten Ergebnisse geliefert haben und wurden somit tiefergehend analysiert. Bei der Analyse der Viabilität und Zellfunktionalität in Form der Lipidakkumulation und der Expression von Perilipin A konnte bewiesen werden, dass Lobuli als Fettgewebemodell genutzt werden können. Als weiteres Modell erfolgte die Etablierung von Sphäroiden aus humanen primären Stammzellen aus dem Fettgewebe (adipose-derived stem cells, ASC). Die Sphäroide wurden für 14 Tage adipogen differenziert und währenddessen die Veränderung des Volumens und der Rundheit sowie die Expression von Zelltodmarkern und das adipogene Differenzierungspotenzial betrachtet. Dabei haben Sphäroide mit mehr als 100.000 Zellen ihr Volumen über die Zeit verkleinert und Apoptose- und Nekrosemarker an den Tagen 0 und 14 gezeigt. Sphäroide bis 100.000 Zellen haben ihr Volumen während der Differenzierung leicht vergrößert und haben die meisten Lipide akkumuliert, Perilipin A und Kollagen Ⅵ exprimiert. Somit konnten ASC-basierte Sphäroide aus 10.000 Zellen, mit signifikanter Lipidzunahme, als weiteres Fettgewebemodell mit hohem Potenzial identifiziert werden. Im Anschluss erfolgte die Etablierung von methacrylierter Gelatine (GelMA) als Biomaterial für die Verkapselung von primären ASCs und reifen Adipozyten (adipocyte, AC) mit anschließendem extrusions-basierten 3D Druck. Es konnte gezeigt werden, dass die homogene Verteilung der lipidgefüllten ACs in eine wässrige Biotintenlösung nur durch schnelles Herunterkühlen auf Eis möglich war. Der anschließende 3D Druck hatte, weder auf die Viabilität noch Funktionalität bzw. adipogene Differenzierung der Zellen signifikante Einflüsse. Die additiv aufgebauten Modelle wiesen an Tag 1 und 8 bzw. 15 in der Lebend-Tot-Färbung keinen vermehrten Zelltod im Vergleich zu den manuellen Modellen auf. Die Färbung der intrazellulären Lipide und Perilipin A sowie die Glycerolfreisetzung als Funktionalitätsmarker, haben dies bestätigt. Im Vergleich zu nativem Gewebe haben differenzierte ASCs (diffASC) nach der Differenzierung signifikant weniger lipidpositive Zellen und freigesetztes Glycerol gezeigt. Auch morphologisch betrachtet, haben ACs in GelMA mehr Ähnlichkeiten zum nativen Gewebe als diffASCs. Aufgrund der begrenzten Langzeitstabilität von GelMA, des Ursprungs und der Vernetzung wurden Biomaterialien ohne tierischen Ursprung evaluiert. Dabei hat sich das niedrig acetylierte Polysaccharid Gellan Gum (GG) als vielversprechendes Material erwiesen. Es konnten stabile und transparente Hydrogele durch die Vernetzung mit divalenten Ionen im Zellkulturmedium aufgebaut werden. Die 1 %-igen Hydrogele waren weder bei indirekter noch direkter Testung zytotoxisch oder haben Monozyten aktiviert. Bestätigt wurde es durch die Laktatdehydrogenase (LDH)-Freisetzung, den Resazurinumsatz und eine Lebend-Tot-Färbung. Azelluläre Gele wurden über 98 Tagen ohne signifikante Veränderungen erhalten und zeigten für Fettgewebe geeignete Materialeigenschaften. Aufgrund dieser Langzeitstabilität konnten diffASCs für 98 Tage in GG kultiviert werden und zu univakuolären Fettzellen reifen. Dies wurde durch die Färbung von intrazellulären Lipiden und Perilipin A sowie der Leptinsekretion und Glycerolfreisetzung bewiesen. Verglichen mit nativem Gewebe wiesen die diffASCs eine vergleichbare, wenn auch kleinere Morphologie, ähnliche Anteile an lipidpositiven und univakuolären Zellen auf. Auf Basis von GG konnten ACs erfolgreich verkapselt und aufgebaut werden. Hierbei erwies sich eine GG Konzentration von 0,5 % als geeignet, da homogen gemischte Hydrogele mit hohem Resazurinumsatz und geringer Glycerolfreisetzung kultiviert werden konnten. Für den additive Aufbau der GG-basierten Modelle, fand eine Optimierung zur Biotinte statt, was durch die initiale Zugabe divalenter Ionen zur Erhöhung der Viskosität und damit Druckbarkeit ermöglicht wurde. Die additiv gefertigten Modelle zeigten keine signifikanten Unterschiede in Bezug auf Viabilität oder Funktionalität. Nach 32 Tagen in Kultur konnten univakuoläre und funktionale Zellen gezeigt werden. Durch die Erhöhung der GG Konzentration auf 1,5 % wurde ein erfolgreiches 6D Bioprintingverfahren etabliert. Auch hier zeigten die in GG verkapselten ASCs keine Viabilitäts-, Morphologie-, oder Differenzierungsunterschiede nach dem Druckprozess. Abschließend erfolgte ein Vergleich der etablierten Modelle wobei die Adipogenese der ASC-basierten Modelle und zum anderen der adipozytenspezifische Phänotyp evaluiert wurde. Hinsichtlich der Viabilität konnten keine Unterschiede festgestellt werden. Das adipogene Differenzierungspotenzial zeigte sich am stärksten im diffASC Hydrogel. Sowohl hier als auch in den Sphäroiden konnten eingelagerte Lipide ohne hormonelle Induktion mit Medium nachgewiesen werden. Die Betrachtung der adipozytenspezifischen Morphologie der ausgereiften Modelle erlaubte den Rückschluss, dass die Zellen in den Monolayern den unausgereiftesten Zustand in Form von multivakuolären, elongierten diffASCs mit Aktin-Stressfasern aufweisen. Die Zellen der anderen Modelle zeigen deutlich größere Lipidvakuolen mit einem abgerundeten Zytoskelett. Die quantitative Bestimmung der Lipid-, Leptin- und Glycerolmenge legt nahe, dass sich die Zellen, außer die im Monolayer, in einem Steady-State befinden, was die relative Genexpression adipozytenspezifischer Gene untermauert. Zusammengefasst wurden in dieser Arbeit sechs unterschiedliche Fettgewebemodelle entwickelt und mit nativem Gewebe verglichen. Jedes Modell weist individuelle Stärken auf, wodurch sich der Anwendungsbereich und die Forschungsfragen unterscheiden. Um ein möglichst in vivo-nahes Modell zu erreichen, sind diffASCs in GG Hydrogelen ein vielversprechendes, langzeitstabiles, ausgereiftes Fettgewebemodell und können daher als flexible Plattform für in vitro Testungen genutzt werden.

Cultured Meat (CM) is a growing field in cellular agriculture, driven by the environmental impact of conventional meat production, which contributes to climate change and occupies ≈70% of arable land. As demand for meat alternatives rises, research in this area expands. CM production relies on tissue engineering techniques, where a limited number of animal cells are cultured in vitro and processed to create meat-like tissue comprising muscle and adipose components. Currently, CM is primarily produced on a small scale in pilot facilities. Producing a large cell mass based on suitable cell sources and bioreactors remains challenging. Advanced manufacturing methods and innovative materials are required to subsequently process this cell mass into CM products on a large scale. Consequently, CM is closely linked with biofabrication, a suite of technologies for precisely arranging cellular aggregates and cell-material composites to construct specific structures, often using robotics. This review provides insights into contemporary biomedical biofabrication technologies, focusing on significant advancements in muscle and adipose tissue biofabrication for CM production. Novel materials for biofabricating CM are also discussed, emphasizing their edibility and incorporation of healthful components. Finally, initial studies on biofabricated CM are examined, addressing current limitations and future challenges for large-scale production.

Gegenstand dieser Arbeit ist die Darstellung und Charakterisierung einheitlicher, mesoporöser Silica-Partikel (MPSM) im Mikrometerbereich mit maßgeschneiderten Partikel- und Porendesign für die Hochleistungsflüssigkeitschromatographie. Die Synthese umfasst die Einlagerung von Silica-Nanopartikeln (SNP) in poröse organische Template, welche anschließend bei 600°C zersetzt werden. Die Impfsuspensionspolymerisation von Polystyrol-Partikeln, unter Verwendung von Glycidylmethacrylat, Ethylenglycoldimethacrylat und Porogenen, ermöglicht die Herstellung hochgradig einheitlicher, poröser p(GMA-co-EDMA)-Template. Der Einfluss wesentlicher Faktoren, einschließlich des Monomer-Porogen-Verhältnisses, des Monomerverhältnisses und der Porogenzusammensetzung, werden systematisch untersucht sowie ihre Auswirkungen auf die Porengröße, das Porenvolumen und die spezifische Oberfläche erläutert. Die Anbindung aminofunktionalisierter Substanzen erfolgt durch die Ringöffnung der Epoxidgruppe. Im anschließenden basischen Sol-Gel-Prozess werden die Silica-Nanopartikel aufgrund der Ladungsunterschiede in die funktionalisierten p(GMA-co-EDMA)-Template eingebaut. Die Partikelgröße der SNP beeinflusst wesentlich die Poreneigenschaften der MPSM und hängt von drei Faktoren ab: (i) der Wachstumsgeschwindigkeit in der kontinuierlichen Phase, die durch die Einstellungen des Sol-Gel-Prozesses gesteuert wird, (ii) der Diffusionsrate, die durch elektrostatische Anziehung reguliert wird und vom Grad der Funktionalisierung abhängt und (iii) der Porosität des Polymer-Templats. Die gezielte Anpassung der Poreneigenschaften durch die Prozesseinstellungen erlaubt die präzise Herstellung von MPSM, die auf spezifische Trennherausforderungen zugeschnitten werden und somit die Qualität der HPLC verbessern. Die vorgestellte Synthesestrategie ermöglicht, aufgrund des stufenweisen molekularen Aufbaus, eine bessere Adaption der stationären Phase an spezifische Trennherausforderungen.

The present study investigated the possibilities and limitations of using a low-cost NIR spectrometer for the verification of the presence of the declared active pharmaceutical ingredients (APIs) in tablet formulations, especially for medicine screening studies in low-resource settings. Spectra from 950 to 1650 nm were recorded for 170 pharmaceutical products representing 41 different APIs, API combinations or placebos. Most of the products, including 20 falsified medicines, had been collected in medicine quality studies in African countries. After exploratory principal component analysis, models were built using data-driven soft independent modelling of class analogy (DD-SIMCA), a one-class classifier algorithm, for tablet products of penicillin V, sulfamethoxazole/trimethoprim, ciprofloxacin, furosemide, metronidazole, metformin, hydrochlorothiazide, and doxycycline. Spectra of amoxicillin and amoxicillin/clavulanic acid tablets were combined into a single model. Models were tested using Procrustes cross-validation and by projection of spectra of tablets containing the same or different APIs. Tablets containing no or different APIs could be identified with 100 % specificity in all models. A separation of the spectra of amoxicillin and amoxicillin/clavulanic acid tablets was achieved by partial least squares discriminant analysis. 15 out of 19 external validation products (79 %) representing different brands of the same APIs were correctly identified as members of the target class; three of the four rejected samples showed an API mass percentage of the total tablet weight that was out of the range covered in the respective calibration set. Therefore, in future investigations larger and more representative spectral libraries are required for model building. Falsified medicines containing no API, incorrect APIs, or grossly incorrect amounts of the declared APIs could be readily identified. Variation between different NIR-S-G1 spectroscopic devices led to a loss of accuracy if spectra recorded with different devices were pooled. Therefore, piecewise direct standardization was applied for calibration transfer. The investigated method is a promising tool for medicine screening studies in low-resource settings.

Determining the instant of gelation of formaldehyde-based wood adhesives as an assessment parameter for their curing rate is important for optimizing the curing behavior. Due to the stoichiometrically imbalanced networks of formaldehyde-based adhesives, the crossover point of storage G′ and loss modulus G″ cannot unconditionally be assumed as the gel point in oscillatory time sweeps as the material response is frequency-dependent. This study aims to determine the gel point of selected adhesives by the isothermal multiwave oscillatory shear test. A thorough comparison between the gel and the crossover point of G′ and G″ is performed. Rheokinetic analysis showed no significant difference between the activation energies calculated at the gel point determined by a multiwave test and the crossover point obtained by the time sweep test. Hence, for resins with similar curing reactions, a reliable determination of gel point by applying a multiwave test is needed for a comparison of their reactivity.