Knorpelregeneration

Eine der großen Herausforderungen, denen sich die Unfallchirurgie und Orthopädie sowie die klinische Rheumatologie stellen müssen, ist die Wiederherstellung von zerstörtem Gelenkknorpel. Regenerative Ansätze, wie die zellbasierte Therapie oder das Tissue Engineering, stellen attraktive Alternativen zu den vielfach eingesetzten Prothesen dar.

Wachstumsfaktoren und andere biochemische Stimuli

Eine besondere Bedeutung in der Knorpelregeneration haben biochemische Stimuli wie etwa Wachstumsfaktoren. Diese spielen in vivo und in vitro eine große Rolle in der Erhaltung von gesundem Knorpelgewebe und in dessen Versagen bei Gelenkschäden. Wachstumsfaktoren beeinflussen die Proliferation und den Metabolismus der Chondrozyten und deren Aktivität in der Synthese von Bestandteilen der extrazellulären Matrix (ECM). Der Einsatz von Wachstumsfaktoren im Tissue Engineering dient insbesondere der Optimierung der biochemischen Zusammensetzung der ECM und damit der mechanischen Eigenschaften des Gewebes. Weiterhin können sie für die Redifferenzierung von Chondrozyten beziehungsweise für die Differenzierung von mesenchymalen Stammzellen sorgen, die für die Gewebeentwicklung notwendig sind.

Biologisch aktive Hydrogele und Scaffolds

Ebenfalls große und weiter zunehmende Bedeutung im Knorpel-Engineering haben neue 3D-Biomaterialien wie Hydrogele und hochporöse Gerüste, sogenannte Scaffolds, die als Zellträger für die unterschiedlichen Zelltypen fungieren. Neben wichtigen physikalischen Eigenschaften wie der mechanischen Festigkeit sowie rheologischen Charakteristika steht insbesondere die biologische Aktivität der Materialien im Fokus. Bioaktive und biomimetische Zellträger entstehen durch die Verwendung von Komponenten der natürlichen ECM, wie etwa Hyaluronsäure, oder durch Inkorporation von Wachstumsfaktoren oder biomimetischen Peptiden, die beispielsweise Sequenzen der gewebetypischen ECM nachempfinden. Derartige Biomaterialien können das Zellverhalten, den Differenzierungsgrad und die daraus resultierende ECM-Zusammensetzung im entstehenden Gewebe entscheidend beeinflussen.

Eingesetzte Methoden

In der Arbeitsgruppe werden in dreidimensionalen Zellkulturen die Effekte von Wachstumsfaktoren auf die Redifferenzierung von Chondrozyten beziehungsweise die Differenzierung von mesenchymalen Stammzellen systematisch zellbiologisch untersucht. Innovative 3D-Biomaterialien werden auf ihre Eignung für das Knorpel-Engineering und dabei neben dem klassischen Tissue Engineering speziell auch für die Biofabrikation, also den 3D-Druck von Gewebekonstrukten, evaluiert und weiterentwickelt. Die resultierenden Gewebeeigenschaften und die Genexpression der eingesetzten Chondrozyten und Stammzellen werden histologisch, immunhistochemisch, biochemisch und molekularbiologisch analysiert.

(Ansprechpartner: Prof. Dr. Torsten Blunk)

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