FOR 2180:  Gradierte Implantate für Sehnen-Knochen-Verbindungen (Gradierte Implantate)

• Fachliche Zuordnung: Materialwissenschaft und Werkstofftechnik ; Biologie ; Chemie ; Medizin
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 251503496

Die Implantatforschung konzentriert sich in den letzten Jahrenverstärkt auf funktionale Gewebeimplantate für homogen aufgebauteGewebearten. Weniger gut erforscht sind Implantate für Bereiche, diesich zwischen Geweben mit sehr unterschiedlichen Eigenschaften wiez. B. am Sehnen-Knochen-Übergang befinden. NatürlicheGewebeübergänge weisen Gradienten auf: Gradienten der Struktur,der Zusammensetzung und der daraus folgenden Funktionalität, diesich in der Änderung der biomechanischen Eigenschaftenwiderspiegeln. Dieser komplexen Situation trägt das von der hiervorgestellten Forschergruppe geplante neuartige, gradierte zellfreieImplantat Rechnung. Endogene Stammzellen des Wirtes bzw.Empfängers sollen durch das Implantat zu einer Bildung einesSehnen-Knochen-Übergangs angeregt werden und nach Abbau desImplantats einen funktionsfähigen („regenerierten“) Übergangzurücklassen. Ziel der Forschergruppe ist es, die prinzipielleMachbarkeit und modellhafte Herstellung eines gradierten Implantatsfür einen zukünftigen Einsatz am Sehnen-Knochen-Übergang derRotatorenmanschette aufzuzeigen. Als Grundmaterial dienenelektrogesponnene Fasermatten aus bioabbaubaren Polymeren(insbesondere auf Basis von Polycaprolacton) mit einem gerichteten(„sehnenseitig“) bzw. ungerichteten („knochenseitig“) Faserverlauf.Die Fasermatten werden durch geeignete Maßnahmen in ihrerPorosität und Permeabilität so eingestellt, dass das Überleben unddie Funktion einwandernder Zellen gefördert werden sowie derTransport von Nährstoffen und Stoffwechselprodukten möglich ist.Weiterhin werden die mechanischen Eigenschaften an die in vivo-Situation angepasst. An ihrer Faseroberfläche werden die Mattenmodifiziert und mit variierenden Anteilen an Nanopartikelnfunktionalisiert: Polmernanopartikel dienen als Freisetzungssystem fürbiologisch aktive Proteine. Neben Bone Morphogenetic Protein(BMP)-2 und Transforming Growth Factor (TGF)-β wird als neuartigerFaktor Smad8 Linkerregion + Mad Homology Region 2 (Smad8L+MH2) genutzt. Dabei handelt es sich um einen modifiziertenTranskriptionsfaktor, welcher die Zellen zur Bildung von Sehnenzellenund -gewebe anregt. Durch die gezielte Gestaltung der Nanopartikelund der Methoden zu ihrem (gradierten) Aufbringen auf dieFasermatte wird die Freisetzungskinetik eingestellt. Zum Erreicheneiner besonders langfristigen Wirkung sollen auch BMP-2-Aggregateund amyloidartige Varianten von Smad8 L+MH2 untersucht werden.Die knochenseitige Fixierung des Implantats erfolgt mit Hilfe eineskommerziellen Knochenankers. Sehnenseitig ist eine Annahtvorgesehen. Die Bildung eines regenerierten Übergangs nachEinsetzen des Implantats wird im Rahmen der Forschergruppe inKlein- und Großtiermodellen verifiziert. Die in vivo vorhandenenGradienten werden in der FOR 2180 somit in Gradienten dermechanischen Eigenschaften, begleitet von räumlich und zeitlichgradierter Freisetzung von biologisch aktiven Proteinen, übersetzt.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Internationaler Bezug: Australien, Österreich

Projekte

• Biologie und Wirkungsgrundlagen der Signalfaktoren BMP2, TGF-beta3, Smad8 L+MH2 (Antragstellerin Hoffmann, Andrea )
• Chemische Anbindungs- und Freisetzungssysteme (Antragsteller Menzel, Henning )
• Entwicklung von Verfahren zur Herstellung der Signalfaktoren BMP-2, TGF-ß3, Smad8 L MH2 sowie neuartiger Varianten mit definierten Stabilitäten (Antragstellerinnen / Antragsteller Rinas, Ursula ;  Scheper, Thomas )
• Herstellung elektrogesponnener Fasermatten mit definierter Geometrie und definiertem Lastprofil (Antragstellerin Glasmacher, Birgit )
• In vivo-Einsatz, biomechanische Untersuchungen (Antragstellerinnen / Antragsteller Kampmann, Andreas ;  Reifenrath, Janin )
• Koordinationsfonds (Antragstellerin Hoffmann, Andrea )
• Polymere und Faseroberflächen (Antragsteller Menzel, Henning )
• Quantifizierung der Freisetzung und Aktivität der Signalfaktoren BMP-2, TGF-ß3, Smad8 L+MH2 (Antragstellerinnen Bunjes, Heike ;  Hoffmann, Andrea )
• Zytokompatibilitäts- und Bioaktivitätsprüfung in vitro (Antragstellerin Weyand, Birgit )

• Sprecherin: Professorin Dr. Andrea Hoffmann