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Projekt
Gtn-HPA als neues Biomaterial in der dentalen rekonstruktiven Chirurgie - Einfluss des injizierbaren Hydrogels auf die Vitalität, die Zytokinexpression, die Differenzierung und die Vaskularisierung von endothelialen Progenitor Zellen und Osteoblasten in einem 2D- und 3D-Zellkulturmodell
Antragsteller
Dr. Eik Schiegnitz
Fachliche Zuordnung
Zahnheilkunde; Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie
Förderung
Förderung von 2013 bis 2016
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 241357992
Die Entwicklung neuer Knochenersatzmaterialien (KEM) nimmt in der zahnärztlichen Chirurgie eine bedeutende Stellung ein, da diese eine attraktive Alternative zum körpereigenen Knochen darstellen. Die frühe Vaskularisierung der KEM in einen Knochendefekt ist eine Grundvoraussetzung für die Knochenregeneration. Die Optimierung der KEM hinsichtlich dieses Prozesses wird als entscheidendes zukünftiges Potenzial zur Verbesserung der Einheilung diskutiert. Für die Vaskularisierung und anschließende Osteoblastendifferenzierung zeigte sich in Vorstudien die enorme Bedeutung von Endothelialen Progenitor Zellen (EPC) und Osteoblasten (OB). Zudem zeigen aktuelle Studien, dass die mechanischen Eigenschaften der KEM die Funktion, Proliferation und Differenzierung der Zellen erheblich beeinflussen. Hierbei scheint vor allem die Festigkeit der Matrix eine Schlüsselkomponente für die Knochenregeneration zu sein. Hydrogele wurden bereits zahlreich als Scaffold im Tissue Engineering verwendet, da sie eine hohe Permeabilität für Sauerstoff, Nährstoffe und andere wasserlösliche Metabolite durch die wasserhaltige Matrix haben. Diese Matrix ist somit eine exzellente Umgebung für das Zellwachstum und die Geweberegeneration. Jedoch besteht der wesentliche Nachteil der auf dem Markt erhältlichen Hydrogelsysteme in der Unkontrollierbarkeit des Härtegrads des Hydrogels, was zu einer mangelnden Vaskularisierung bei harten Hydrogelen und fehlender Stabilität bei weichen Hydrogelen führt. Aktuell wurde das injizierbare Hydrogel Gtn-HPA (Gelatin-hydroxyphenylpropionic-Säure) durch unseren Kooperationspartner vom Harvard-MIT im Rahmen von neuronalen Defekten vorgestellt, bei dem während des Crosslinking die Konzentrationen des Enzyms HRP und des Oxidans H2O2 die Festigkeit des Hydrogels bestimmen. Dadurch ist erstmals eine Feineinstellung der Festigkeit des Hydrogels möglich. Mit der Vision, Gtn-HPA als neues KEM in der rekonstruktiven dentalen Chirurgie zu etablieren, ist es Ziel dieser Studie, Gtn-HPA als Matrix für die Kokultur von EPC und OB sowohl in einem 2D- als auch einem 3D-Kulturmodell zu evaluieren. Hierfür soll zunächst mithilfe eines Vitabilitätsassay die Zytokompatibilität von Gtn-HPA untersucht werden. Zudem soll die optimale Festigkeit des Hydrogels für eine maximale Vaskularisierung und Osteogenese dargestellt werden. Hierfür wird eine Analyse der Proliferation, der Differenzierung und der Zytokin-Expression der Kokultur von humanen EPC und OB durchgeführt. Weiterhin erfolgt die Analyse der Zellmorphologie und der Vaskularisierung mithilfe der konfokalen Laser-Scanning-Mikroskopie und der CD34-Immunhistologie. Somit soll ein Hydrogelsystem mit einstellbaren mechanischen Eigenschaften bezüglich der Interaktion von EPC und OB sowohl in 2D als auch in 3D untersucht werden, um die Effekte der Dimensionalität und der Festigkeit eines Biomaterials auf die Knochenregeneration erstmalig darzustellen und für den zukünftigen klinischen Nutzen zu etablieren.
DFG-Verfahren
Sachbeihilfen
Internationaler Bezug
USA
Beteiligte Institution
Massachusetts Institute of Technology
Harvard-MIT Program in Health Sciences and Technology
Harvard-MIT Program in Health Sciences and Technology
