Die Präsentation von biologisch aktiven Molekülen durch modifizierte Biomakromoleküle ist von wissenschaftlichem Interesse für das Verständnis und die Behandlung von inflammatorischen Prozessen. Der Fokus dieser Arbeit liegt auf der Präsentation von Chemokinen zur Analyse der chemokininduzierten Zellmigration und der Charakterisierung von photodynamisch modifizierten Kollagenbiomaterialien. In der regenerativen Medizin stellt die kontrollierte Wirkstofffreisetzung durch modifizierte Biomaterialien ein wichtiges Thema dar, da Nebenwirkungen durch systemische oder zu hohe lokale Wirkstoffapplikationen verhindert werden können. Kollagen ist ein häufig verwendetes Biomaterial in der regenerativen Medizin, da es ein Substrat für die Adhäsion von Zellen darstellt und zu nicht-toxischen Produkten abgebaut wird. Modifikationen des Biomaterials Kollagen mittels Quervernetzung mit Bengalrosa und grünem Licht (RGX) wurden bereits für verschiedene klinische Anwendungen beschrieben, wie zum Beispiel für die Orthopädie und Augenheilkunde. In dieser Arbeit wurde RGX verwendet, um Stapel verschiedener Kollagenmaterialien zu Laminaten mit angepassten Eigenschaften für biomedizinische Anwendungen zu verbinden, z.B. eine kontrollierte Wirkstoffreisetzung zur Prävention von post-operativen Wundinfektionen (SSIs). SSIs stellen die am häufigsten vorkommenden Komplikationen in der orthopädischen Chirurgie dar und können durch antimikrobielle Prophylaxe verhindert werden. Ziel dieser Arbeit war es, mehrschichtige Kollagenlaminate bezüglich ihres Quellverhaltens und der Freisetzung eines Antibiotikums zu charakterisieren. Für die Herstellung mehrschichtiger Kollagenlaminate wurden zwei Arten an Kollagenmaterialien ausgewählt. Die Ergebnisse zeigten, dass homogene Laminate aus schwammartigem Kollagen ein niedrigeres Quellvermögen zeigten als eine RGX-behandelte, schwammartige Kollageneinzelschicht. Dies wurde durch die zusätzliche Schicht an Bengalrosa an der Grenzfläche zwischen den gestapelten Einzelschichten erklärt. Im Gegensatz dazu zeigten homogene Laminate aus einer dünnen Kollagenmembran keine Änderung des Quellvermögens, unabhängig von der Anzahl an Kollagenschichten. Dies wurde durch die kompakte Struktur des Laminats erklärt. Heterogene Kollagenlaminate, die aus beiden Materialien aufgebaut waren, erreichten dazwischenliegende Werte für das Quellvermögen. Für homogene Laminate aus schwammartigen Kollagen und heterogene Laminate war das experimentell bestimmte Quellvermögen signifikant kleiner als das theoretische. Diese Erkenntnisse wurden durch die unterschiedliche Anzahl an möglichen Quellungsgrenzflächen im Laminat gegenüber den einzelnen Schichten erklärt. Um die Freisetzung des Modellantibiotikums Vancomycin zu testen, wurde ein additiv gefertigter Probenhalter entwickelt, der es ermöglicht, die Freisetzung von Vancomycin in gegensätzliche Richtungen zu quantifizieren. Der Probenhalter verzögerte die Zeit, bis eine halbmaximalen Freisetzung erreicht wurde. Dies kann einer verringerten Freisetzungsfläche im Vergleich zu einer Probe in Lösung zugeschrieben werden. Freisetzungsversuche mit heterogenen, zweischichtigen Kollagenlaminaten unter physiologischen Bedingungen zeigten, dass die Freisetzung von Vancomycin bevorzugt an der Oberfläche eines dünnen Kollagenfilms statt eines schwammartigen Kollagens stattfindet, unabhängig von der Orientierung oder Beladung des Laminats. Darüber hinaus führte eine Beladung von Vancomycin in der schwammartigen Kollagenschicht von heterogenen, zweischichtigen Kollagenlaminaten zu einer verlängerten Zeit zur halbmaximalen Freisetzung. Studien mit dreischichtigen Kollagenlaminaten ergaben ähnliche Ergebnisse, da sich die Zeit für die halbmaximale Freisetzung mit der Anzahl an schwammartigen Kollagenschichten verlängerte. Des Weiteren wurde Vancomycin wieder bevorzugt an der Oberfläche der dünnen Kollagenfilmschicht freigesetzt. Diese Erkenntnisse können durch kürzere Diffusionswege und einem vernachlässigbaren Effekt des erneuten Quellens im Gegensatz zu schwammartigen Kollagen erklärt werden. Im Einzelnen ergibt sich aus der höheren Porosität ein höheres Quellvermögen. Kompression durch die Insertion der Probe in den Probenhalter hat demnach einen stärkeren Effekt auf das schwammartige Material und führt zu einer stärkeren Flüssigkeitsaufnahme während des erneuten Quellens, die der Richtung der Vancomycinfreisetzung aus der Kollagenschicht entgegen gerichtet ist. Damit wird das Vancomycin langsamer freigesetzt. Im Gegensatz zu zweischichtigen Laminaten, bestimmte die Orientierung von dreischichtigen, heterogenen Laminaten in welchem Ausmaß Vancomycin von der dünnen Kollagenfilmschicht freigesetzt wurde. Dies kann durch eine verstärkte Quellung des schwammartigen Kollagens an der unteren Seite des Probenhalters erklärt werden. In ähnlicher Weise wurde eine stärkere Quellung und Freisetzung an der unteren Seite eines dreischichtigen, schwammartigen, homogenen Kollagenlaminats beobachtet. Dies kann der Dicke des Laminats zugeschrieben werden. Insgesamt zeigen diese Befunde Mechanismen auf, die bei der Zusammensetzung von Kollagenlaminaten berücksichtigt werden müssen. Da sich der pH Wert während der Wundheilung oder Infektionen ändern kann, wurden Freisetzungsversuche unter alkalischen (pH 8,5) oder sauren (pH 5,5) Bedingungen durchgeführt, die für diese Prozesse beschrieben wurden. Der pH hatte keinen Einfluss auf die freigesetzte Gesamtmenge an Vancomycin aus RGX-modifiziertem, schwammartigen Kollagen oder heterogenen, zweischichtigen Laminaten. Letztere zeigten erneut eine bevorzugte Freisetzung auf der Seite der dünnen Kollagenfilmschicht, wie bei physiologischem pH (pH 7,4) beobachtet. Darüber hinaus war die Freisetzung aus RGX-modifizierten Einzelschichten und zweischichtigen Laminaten bei pH 5,5 verzögert, was mit einem erhöhtem Quellvermögen bei diesem pH erklärt wurde. Bei pH 8,5 war die Freisetzung ebenfalls verzögert, jedoch wurden keine Änderungen des Quellvermögens zwischen pH 8,5 und pH 7,4 beobachtet. Diese Ergebnisse könnten durch elektrostatische Interaktionen erklärt werden, da negativ geladenes Vancomycin mit positiv geladenen Bereichen des Kollagen bei pH 8,5 interagieren könnte. Die Erkenntnisse dieser Arbeit lassen sich in der regenerativen Medizin nutzen, da schwammartiges Kollagen besser für eine verzögerte Freisetzung von aktiven Substanzen geeignet wäre, welche die Geweberegeneration unterstützen. Zusammenfassend zeigten die Ergebnisse, dass das Biomaterial Kollagen modular zu Laminaten zusammengesetzt werden kann, welche eine kontrollierte und gerichtete Freisetzung von Antibiotika erlauben. Diese Erkenntnisse sind von biomedizinischem Interesse, da schwammartiges Kollagen eher für die verzögerte Freisetzung von aktiven Substanzen zu späteren Zeitpunkten der Wundheilung geeignet sein könnte als für die schnelle Freisetzung von Antibiotika an infizierten Stellen. Weitere Studien könnten die Proteinfreisetzung aus Kollagenlaminaten oder die Quervernetzung von Proteinen innerhalb von Kollagenmatrixen mittels RGX für eine verzögerte Freisetzung umfassen. Der zweite Teil dieser Arbeit behandelte die Präsentation biologisch aktiver Moleküle, wie z.B. Chemokine auf Oberflächen. Diese kleinen Signalproteine induzieren und lenken die Migration von Zellen in homöostatischen und inflammatorischen Prozessen. Chemokine interagieren mit entsprechenden Rezeptoren auf den Oberflächen von Zellen, induzieren verschiedene Signalkaskaden und führen zu zellulären Antworten, wie zum Beispiel der Zellmigration. Letztere kann entweder entlang löslicher Chemokinkonzentrationsgradienten stattfinden, was als Chemotaxis bezeichnet wird, oder entlang oberflächengebundener Gradienten, ein Prozess der Haptotaxis genannt wird. Da Chemokine auch in verschiedenen Krankheiten involviert sind, ist das Verständnis der Migration von Zellen nach Chemokinstimulation eine Grundlage um inflammatorische Prozesse zu verstehen und zu behandeln. Interleukin-8 (CXCL8) wurde in dieser Arbeit als Modellchemokin verwendet. In vorherigen Arbeiten wurde eine Dopamin-Heparin-Beschichtung entwickelt, die eine reversible Immobilisierung von CXCL8 in mikrofluidischen Kanälen ermöglicht. In dieser Arbeit sollten reversibel immobilisierte CXCL8-Gradienten in mikrofluidischen Kanälen in Hinblick auf ihre Eignung für verschiedene Migrationsexperimente weiter charakterisiert werden. Die Ergebnisse zeigten, dass die Dopamin-Heparin-Beschichtung eine homogene Verteilung von CXCL8 ermöglichte. Darüber hinaus war die Gradientenstabilität bei 37 °C nicht anders als bei früheren Experimenten bei Raumtemperatur. Zellmigrationsexperimente bestätigten eine gerichtete und reproduzierbare Migration von THP-1-Zellen, die Rezeptoren für CXCL8 exprimieren, entlang des reversibel immobilisierten CXCL8-Gradienten zu hohen Konzentration an CXCL8 hin. Kontrollversuche zeigten keine gerichtete Zellmigration nur in der Anwesenheit von Puffer oder homogen verteiltem Chemokin. Da Chemokingradienten natürlicherweise als Mischung von löslichen und immobilisierten Gradienten auftreten, wurde der Einfluss von überlagertem, löslichem Chemokin auf den Gradienten und die Zellmigration untersucht. Eine Überlagerung des Gradienten mit löslichem Chemokin, dessen Konzentration in derselben Größenordnung liegt wie die des CXCL8, welches zur Gradientenbildung verwendet wurde, führte zu einer erhöhten Gradientensteilheit innerhalb der ersten 20 h der Inkubation und zu einer Verlangsamung der gerichteten Zellmigration. Im Gegensatz dazu hatten sehr niedrige Konzentrationen an löslichem CXCL8, das den immobilisierten Gradienten überlagerte, keinen Einfluss auf die gerichtete Zellmigration. Zusammenfassend stellt die Methode einen einfachen Aufbau dar, um zu analysieren, in welchem Ausmaß nicht-kovalent immobilisierte Chemokingradienten durch lösliches Chemokin beeinflusst werden und ermöglicht eine reproduzierbare Analyse der Zellmigration entlang dieser Gradienten. Da die Beschichtungsmethode mit Dopamin und Heparin nur eine nicht-kovalente Immobilisierung von CXCL8 ermöglicht, die sich über die Zeit des Migrationsexperiments verändert, wurde versucht, CXCL8 kovalent in mikrofluidischen Kanälen zu immobilisieren. Die Entwicklung einer geeigneten Methode war dadurch motiviert, dass RGX zur Quervernetzung von Kollagenschichten im ersten Projekt gut funktioniert hatte und Kollagen ein häufig verwendetes Substrat in Migrationsstudien ist. Unter den getesteten Bedingungen konnte jedoch keine CXCL8 Immobilisierung detektiert werden. Interaktionsstudien konnten keine Interaktion von CXCL8 mit Kollagen bestätigen, während schwache, unspezifische Interaktionen von RB mit CXCL8 und BSA beobachtet konnten. Die Interaktionen waren aber offenbar nicht ausreichend, um das Protein für eine Bindung ans Kollagen zu aktivieren. Da die Immobilisierung nativer Proteine durch einen photodynamischen Prozess attraktiv ist, könnten zukünftige Studien die Verwendung höherer Lichtintensitäten zur Entwicklung einer Immobilisierungsmethode beinhalten.