Regenerative Medizin, Tissue Engineering und Biofabrikation

Wir erforschen, wie sich funktionsgestörte Gewebe biologisch ersetzen oder zur Regeneration anregen lassen – insbesondere Knorpel und Fettgewebe. Außerdem werden 3D-Zellkultur- und Gewebemodelle für die biomedizinische Forschung entwickelt.

Regenerative Medizin

Der Verlust der natürlichen Funktion von Organen und Geweben hat sich zu einem der größten Probleme des Gesundheitswesens entwickelt. Betroffen sind fast alle menschlichen Gewebe vom arthrotisch zerstörten Kniegelenk bis hin zu nicht mehr funktionsfähigen lebenswichtigen Organen. Die in der Regenerativen Medizin angewandten Technologien verfolgen das Ziel, die Gewebefunktion wiederherzustellen oder die Regeneration von kranken oder verletzten Organen zu unterstützen. Dies kann durch die gezielte, auch kombinierte Applikation von Zellen, Biomaterialien und Wachstumsfaktoren in das erkrankte oder verletzte Gewebe geschehen, mit dem Ziel, im Organismus die Regeneration des Gewebes spezifisch anzuregen.

Tissue Engineering und Biofabrikation

Das Tissue Engineering als Teilgebiet der Regenerativen Medizin basiert auf der Herstellung von körpereigenem Gewebe im Labor, also in vitro. Dabei werden in zunehmendem Maße komplexe, dreidimensionale Zellsysteme entwickelt, die die Herstellung funktionsfähiger Gewebe erlauben. Diese können einerseits als Ersatzgewebe implantiert werden, um erkrankte Gewebe vollständig oder teilweise zu rekonstruieren und ihre Funktion wiederherzustellen. Andererseits können derartige in vitro hergestellte Gewebe in der biomedizinischen Forschung als Modell dienen, um die Funktionsweise und Regenerationsfähigkeit von Organen besser zu verstehen und neue Therapieformen zu erarbeiten. Eine noch junge Disziplin stellt in diesem Zusammenhang die Biofabrikation und hier insbesondere das 3D-Bioprinting, das heißt der 3D-Druck von Gewebekonstrukten aus Zellen und Biomaterialien, dar. Diese neuen Technologien können potenziell insbesondere für die Entwicklung hierarchischer, also besonders strukturierter Gewebe eingesetzt werden.

(Ansprechpartner: Prof. Dr. Torsten Blunk, Dr. Petra Bauer-Kreisel)

Die Arbeitsgruppe ist Mitglied im DFG Sonderforschungsbereich TRR 225 „Von den Grundlagen der Biofabrikation zu funktionalen Gewebemodellen“.

Ausgewählte Publikationen

McMaster R, Hoefner C, Hrynevich A, Blum C, Wiesner M, Wittmann K, Dargaville TR, Bauer-Kreisel P, Groll J, Dalton PD, Blunk T (2019) Tailored melt electrowritten scaffolds for the generation of sheet-like tissue constructs from multicellular spheroids. Adv Healthc Mater, Mar 5:e1801326. [Epub ahead of print]

Böck T, Schill V, Krähnke M, Steinert AF, Tessmar J, Blunk T*, Groll J*(2018) TGF-1-modified hyaluronic acid / poly(glycidol) hydrogels for chondrogenic differentiation of human mesenchymal stromal cells. Macromol Biosci 18:e1700390.

Hrynevich A, Şen Elçi B, Haigh JN, McMaster R, Youssef A, Blum C, Blunk .T, Hochleitner G, Groll J, Dalton PD ((2018) Dimension-based design of melt electrowritten scaffolds. Small 14:e1800232. 

Wiesner M, Berberich O, Hoefner C, Blunk T, Bauer-Kreisel P (2018) Gap junctional intercellular communication in adipose-derived stromal/stem cells is cell density-dependent and positively impacts adipogenic differentiation. J Cell Physiol 233:3315-3329.

Stichler S, Böck T, Paxton NC, Bertlein S, Levato R, Schill V, Smolan W, Malda J, Tessmar J, Blunk T, Groll J (2017) Double printing of hyaluronic acid / poly(glycidol) hybrid hydrogels with poly(ε-caprolactone) for MSC chondrogenesis. Biofabrication 9: 044108.

Bertlein S, Brown G, Lim KS, Jungst T, Boeck T, Blunk T, Tessmar J, Hooper GJ, Woodfield TBF, Groll J (2017) Thiol-ene clickable gelatin: A platform bioink for multiple 3D biofabrication technologies. Adv Mater 29:1703404.

Stichler S, Jungst T, Schamel M, Zilkowski I, Kuhlmann M, Böck T, Blunk T, Teßmar J, Groll J (2017) Thiol-ene clickable poly(glycidol) hydrogels for biofabrication. Ann Biomed Eng 45:273-285.

Groll J, Boland T, Blunk T, Burdick JA, Cho DW, Dalton PD, Derby B, Forgacs G, Li Q, Mironov VA, Moroni L, Nakamura M, Shu W, Takeuchi S, Vozzi G, Woodfield TBF, Xu T, Yoo JJ, Malda J (2016) Biofabrication: Reappraising the definition of an evolving field. Biofabrication 8:013001. 

Wittmann K, Storck K, Muhr C, Mayer H, Regn S, Staudenmaier R, Wiese H, Maier G, Bauer-Kreisel P, Blunk T (2016) Development of volume-stable adipose tissue constructs using polycaprolactone-based polyurethane scaffolds and fibrin hydrogels. J Tissue Eng Regen Med 10:E409-418.

Wittmann K, Dietl S, Ludwig N, Berberich O, Hoefner C, Storck K, Blunk T, Bauer-Kreisel P (2015) Engineering vascularized adipose tissue using the stromal-vascular fraction and fibrin hydrogels. Tissue Eng A 21:1343-1353.

Werner K, Jakubietz MG, Jakubietz RG, Schmidt K, Muhr C, Bauer-Kreisel P, Blunk T (2014) Toward reconstruction of the subcutaneous fat layer with the use of adipose-derived stromal cell-seeded collagen matrices. Cytotherapy 16:1700-1708.

Henke M, Baumer J, Blunk T, Teßmar J (2014) Foamed oligo(poly(ethylene glycol)fumarate) hydrogels as versatile prefabricated scaffolds for tissue Engineering. J Tissue Eng Regen Med 8:248-252.

Bauer-Kreisel P, Goepferich A, Blunk T (2010) Cell-delivery therapeutics for adipose tissue regeneration. Adv Drug Deliv Rev 62:798-813.

Brandl F, Seitz AK, Teßmar J, Blunk T, Göpferich A (2010) Enzymatically degradable poly(ethylene glycol) based hydrogels for adipose tissue engineering. Biomaterials 31:3957-3966.

Appel B, Baumer J, Eyrich D, Sarhan H, Toso S, Englert C, Skodacek D, Ratzinger S, Grässel S, Göpferich A, Blunk T (2009) Synergistic effects of growth and differentiation factor-5 (GDF-5) and insulin on expanded chondrocytes in a 3-D environment. Osteoarthr Cartilage 17:1503-1512.

Weiser B, Prantl L, Schubert TEO, Zellner J, Fischbach-Teschl C, Spruss T, Seitz A, Tessmar J, Goepferich A, Blunk T (2008) In vivo development and long-term survival of engineered adipose tissue depend on in vitro precultivation strategy. Tissue Eng A 14:275-284.

Englert C, Blunk T, Muller R, Schulze von Glasser S, Baumer J, Fierlbeck J, Heid I, Nerlich M, Hammer J (2007) Bonding of articular cartilage utilising a combination of biochemical degradation and surface cross-linking. Arthritis Res Ther 9:R47.

Eyrich D, Wiese H, Maier G, Skodacek D, Appel B, Sarhan H, Tessmar J, Staudenmaier R, Wenzel M, Goepferich A, Blunk T (2007) In vitro and in vivo cartilage engineering using a combination of chondrocyte-seeded long-term stable fibrin gels and polycaprolactone-based polyurethane scaffolds. Tissue Eng 13:2207-2218.

Eyrich D, Brandl F, Appel B, Wiese H, Maier G, Wenzel M, Staudenmaier R, Goepferich A, Blunk T. Long-term stable fibrin gels for cartilage engineering. Biomaterials 28, 55-65 (2007).

Englert C, Blunk T, Fierlbeck J, Kaiser J, Stosiek W, Angele P, Hammer J, Straub RH. Steroid hormones strongly support bovine articular cartilage integration in the absence of interleukin-1. Arthritis Rheum 54, 3890-3897 (2006).

Neubauer M, Hacker M, Bauer-Kreisel P, Weiser B, Fischbach C, Schulz MB, Göpferich A, Blunk T. Adipose tissue engineering based on mesenchymal stem cells and basic fibroblast growth factor in vitro. Tissue Eng 11, 1840-1851 (2005).

Neubauer M, Fischbach C, Bauer-Kreisel P, Lieb E, Hacker M, Tessmar J, Schulz MB, Göpferich A, Blunk T. Basic fibroblast growth factor enhances PPARγ ligand-induced adipogenesis of mesenchymal stem cells. FEBS Lett 577, 277-283 (2004).

Fischbach C, Spruß T, Weiser B, Neubauer M, Becker C, Hacker M, Göpferich A, Blunk T. Generation of mature fat pads in vitro and in vivo utilizing 3-D long-term culture of 3T3-L1 preadipocytes. Exp Cell Res 300, 54-64 (2004).

Fischbach C, Seufert J, Staiger H, Hacker M, Neubauer M, Göpferich A, Blunk T. 3-D in vitro model of adipogenesis: comparison of culture conditions. Tissue Eng 10, 215-229 (2004).

Blunk T, Sieminski AL, Appel B, Croft C, Courter DL, Chieh JJ, Göpferich A, Khurana JS, Gooch KJ. Bone morphogenetic protein 9: A potent modulator of cartilage development in vitro. Growth Factors 21, 71-77 (2003).

Blunk T, Sieminski AL, Gooch KJ, Courter D, Hollander A, Nahir M, Langer R, Vunjak-Novakovic G, Freed LE. Differential effects of growth factors on tissue-engineered cartilage. Tissue Eng 8, 73-84 (2002).

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