This thesis is mainly concerned with the influence of substrate stiffness on periodontal ligament stem cells (PDLSCs) and stem cells from the apical papilla (SCAPs). PDLSCs and SCAPs are stem cells from dental tissues which are known to be a valuable source for regenerative procedures. The substrate stiffness is an important factor to promote the differentiation of stem cells to specific cell lineage. For example, stiff substrate induces the osteogenic differentiation of mesenchymal stem cells (MSCs) and stem cells from human exfoliated deciduous teeth (SHED), while soft matrix promoted the differentiation of dental follicle cells (DFCs) into the osteogenic lineage. In this study, PDLSCs and SCAPs were characterized in terms of stem cell properties. The characterization of PDLSCs and SCAPs which were obtained from different isolation methods and donors were comparable. However, the strongest mineralization was observed in PDLSCs and SCAPs which were isolated from the same tooth. Subsequently, polyacrylamide (PA) substrates with 3 different stiffness; stiff, medium and soft, were used to determine the influence of matrix stiffnesses on PDLSCs and SCAPs. Here, the matrix stiffness could not promote the osteogenic differentiation of PDLSCs and SCAPs. However, soft substrate tended to induce PDLSCs, while stiff substrate tended to promote SCAPs into osteogenic lineage, which is similar to DFCs and SHED respectively. Interestingly, soft matrix induced both PDLSCs and SCAPs into adipocytes, which is similar to MSCs.

Diese Doktorarbeit beschäftigt sich vor allem mit dem Einfluss der Substratsteifigkeit auf Parodontalligament-Stammzellen (PDLSCs) und Stammzellen aus der apikalen Papille (SCAPs). PDLSCs und SCAPs sind Stammzellen aus Zahngewebe, die dafür bekannt sind, eine wertvolle Quelle für regenerative Verfahren zu sein. Die Substratsteifigkeit ist ein wichtiger Faktor, um die Differenzierung von Stammzellen zu spezifischen Zelllinien zu fördern. Steifes Substrat induziert zum Beispiel die osteogene Differenzierung von mesenchymalen Stammzellen (MSCs) und Stammzellen aus der Pulpa von Milchzähnen (SHED), während die weiche Matrix die osteogene Differenzierung dentaler Follikelzellen (DFCs) fördert. In dieser Studie wurden PDLSCs und SCAPs hinsichtlich der Stammzelleigenschaften untersucht. Die Charakterisierung der PDLSCs und SCAPs, die aus verschiedenen Isolationsmethoden und Spendern stammen, waren vergleichbar. Jedoch wurde die stärkste Mineralisierung in PDLSCs und SCAPs die aus dem gleichen Zahn stammen beobachtet. Anschließend wurden Polyacrylamid (PA) Substrate mit 3 verschiedenen Steifigkeiten, steif, mittel und weich, verwendet, um den Einfluss der Matrix-Steifigkeit auf PDLSCs und SCAPs zu bestimmen. Hier konnte die Matrix-Steifigkeit die osteogene Differenzierung von PDLSCs und SCAPs nicht fördern. Tendenziell jedoch haben ein weicher Untergrund bei PDLSCs und ein steifer Untergrund bei SCAPs die osteogene Richtung gefördert, ähnlich wie bei DFCs beziehungsweise SHED. Interessanterweise und ähnlich wie bei MSCs hat eine weiche Matrix sowohl bei PDLSCs als auch bei SCAPs die Differenzierung in Adipozyten gefördert.