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IZKF Projekt D-219

Projekttitel:

Maßgeschneiderte biomimetische und bioaktive Hydrogele für die Knorpelregeneration mit mesenchymalen Stammzellen

Projektleiter:

Prof. Dr. Torsten Blunk

Klinik und Poliklinik für Unfall-, Hand-, Plastische und Wiederherstellungschirurgie

Prof. Dr. Jürgen Groll

Lehrstuhl und Abteilung für Funktionswerkstoffe der Medizin und der Zahnheilkunde (FMZ)

PD Dr. med. Andre Steinert

Orthopädische Klinik König-Ludwig-Haus

Laufzeit:

01.01.2012 - 31.08.2015

Abstract:

Trotz intensiver Forschung existieren zurzeit noch keine klinischen Therapieansätze, weder chirurgisch noch zellfrei noch zellbasiert, die zu einer Regeneration und Heilung von Knorpeldefekten führen. Ideal wäre ein Biomaterial, welches zum einen knorpelähnliche Eigenschaften besitzt und zum anderen die adäquate Darreichung von löslichen Wachstumsfaktoren ermöglicht, die eine Differenzierung von einwandernden Zellen aus dem Knochenmark in Richtung Knorpel triggert.

Ziel dieser Arbeit ist daher ein mehrstufiges Konzept zur Knorpelregeneration auf Basis maßgeschneiderter biomimetischer Hydrogele. Zum einen sollen die Gele extrazelluläre Matrixbestandteile von hyalinem Knorpelgewebe wie Kollagen-II-Peptidsequenzen zur Zelladhäsion beinhalten. Weiterhin werden Faktoren zur Induktion der chondrogenen Differenzierung (TGF-β1, GDF-5, Insulin) in die Gele durch Verkapselung der Faktoren in Nano- und Mikrosphären mit Abbaukinetiken im Zeitraum zwischen 1 und 4 Wochen eingebaut. Dabei soll die Freisetzungskinetik der Differenzierungsfaktoren in der Rückkopplung mit den Zellexperimenten eingestellt werden. Mit den jeweiligen Gelen werden Neoknorpelkonstrukte mit dedifferenzierten Chondrozyten und mesenchymalen Stammzellen (MSC) hergestellt und in vitro systematisch optimiert. Die Entstehung von Neoknorpel ex vivo wird anhand etablierter Assays untersucht. Danach erfolgt die Implantation der bioaktiven Hydrogele in osteochondrale Defekte am Göttinger Mini-Pig nach Mikrofrakturierung, um die regenerativen Effekte in vivo zu untersuchen. Das Fernziel des Antrags besteht in der Etablierung und Evaluierung eines Single-step-Regenerationsystems, das die in vivo Applikation am Patienten erlaubt.

Diese Einzelprojektskizze ist Teil eines Gesamtkonzeptes, das an der Universität Würzburg neu verfügbare Technologien und Kompetenzen mit bestehenden klinischen Expertisen zusammenführen und zur Beantragung einer DFG-Forschergruppe führen soll.