Regeneration von Gewebegrenzen: Biomaterial kontrollierte Morphogen-Gradienten zur gezielten Geweberegeneration

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Georg Duda
• Fachliche Zuordnung: Orthopädie, Unfallchirurgie, rekonstruktive Chirurgie
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 245619036

Die Heilung osteochondraler Defekte stellt nach wie vor eine große Herausforderung für die Unfallchirurgie und Orthopädie dar. Keine der verfügbaren Therapien erlaubt eine Wiederherstellung der vollen Funktionanlität der beteiligten Knochen- und Knorpelzonen. Eine Ursache für den begrenzten klinischen Erfolg ist das enge Wechselspiel zwischen Knochen und Knorpel an der osteochondralen Grenzschicht, ein klassiches Beispiel für eine klare Gewebegrenze. Mit dem vorgeschlagenen Projekt möchten wir ein neuartiges Konzept für die gesteuerte Regeneration von Gewebegrenzen durch Biomaterialien am Beispiel osteochondraler Defektheilung evaluieren. Unser Konzept baut auf das Grundprinzip der Entwicklungsiologie, der gleichzeitigen lokalen Freisetzung von Aktivatoren und Inhibitoren zur Steuerung spezifischer Gewebeformationen, auf. In Kooperation wurde ein mehrphasiges Konstrukt (Mikrospheren basiertes PLG Scaffold) entwickelt, das eine räumlich kontrollierte Freisetzung stimulierender Faktoren und ihrer Antagonisten aus verschiedenen Materialzonen ermöglicht. Dieses Konzept wollen wir im osteochondralen Defekt des Schafes validieren und den Kaskaden der endogenen Regeneration gegenüberstellen.Das Biomaterial besteht aus drei Zonen, die Knorpelzone wird mit TGFbeta und anti-BMP4 beladen, die mittig gelegene Pufferzone wird mit anti-TGFbeta und anti-BMP4 beladen. Die Knochenphase wird mit dem osteoinduktioven Faktor BMP-4 und anti-TGFbeta beladen werden. Wir gehen davon aus, dass durch die gezielte Freisetzung der Faktoren die Wiederherstellung funktioneller Gewebe (knorpelartiges Gewebe-Tidemark-Subchondraler Knochen) induziert wird. Als Basis für unsere Untersuchungen soll die Charakterisierung der physiologischen Zusammensetzung des frühen Hämatoms im osteochondralen Defekt dienen. Dazu werden wir die frühe Entzündungskaskade, die während der ersten Stunden nach Entstehung eines osteochondralen Defektes durchlaufen wird, untersuchen, wobei das Zytokinmuster und die zelluläre Zusammensetzung des Hämatoms analysiert wird. Im zweiten Schritt wird der Einfluss eines mit TGFbeta oder BMP-4 beladenen Scaffolds auf die Hämatomzusammensetzung untersucht.Die vorgestellten Analysen ermöglichen eine Einschätzung der Wirkung einer gesteuerten Regeneration (Patterning) unter Einsatz von TGFbeta und BMP-4 und ihrer Antagonisten zur Induktion einer lokalen Gewebeneubildung an Gewebegrenzen am Beispiel des osteochondralen Defekts. Wenn erfolgreich, kann das Konzept später auf weitere Anwendungsgebiete zur Regeneration komplexer Organstrukturen übertragen werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: USA
• Beteiligte Institution: Harvard University ; Harvard School of Engineering and Applied Sciences
• Beteiligte Personen: Tobias Jung; Evi Lippens, Ph.D.; Professor David Mooney, Ph.D.; Privatdozentin Dr. Katharina Schmidt-Bleek