Regeneration von Knorpeldefekten im Hals-Kopf- und Gelenkbereich mittels Kollagen-Matrices aus dezellularisiertem Knorpelgewebe

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr. Rolf Erwin Brenner; Professor Dr. Rainer Buchholz; Professorin Dr. Nicole Rotter
• Fachliche Zuordnung: Orthopädie, Unfallchirurgie, rekonstruktive Chirurgie ; Bioverfahrenstechnik ; Hals-Nasen-Ohrenheilkunde, Phoniatrie und Audiologie
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 275046058

Aufgrund der eingeschränkten Regenerationsfähigkeit von Knorpel stellen Knorpeldefekte im Kopf-Hals- und im Gelenkbereich therapeutisch auch heute noch eine große Herausforderung dar. Aktuelle Rekonstruktionsverfahren unter Verwendung autologer Gewebe und Zellen sind durch Limitationen wie eingeschränkte Verfügbarkeit, Hebedefekte und eine unzureichende Integration und Qualität des Ersatzgewebes gekennzeichnet. Eine vielversprechende Alternative wäre ein Einsatz dezellularisierter Matrices xenogenen Ursprungs, die knorpeltypische strukturelle Komponenten und biologisch aktive Faktoren aufweisen. Im Rahmen dieses Projektes soll daher untersucht werden, ob eine dezellularisierte Knorpelmatrix aus porcinem Nasenseptum (nDECM) ohne und mit angekoppelten Wachstums- und Differenzierungsfaktoren für die in situ-Rekrutierung und chondrogene Differenzierung lokaler mesenchymaler Vorläuferzellen zur Regeneration von Knorpeldefekten eingesetzt werden kann. In Vorarbeiten konnte ein spezielles Prozessierungsverfahren zur Herstellung von nDECM entwickelt werden, das die natürliche 3D-Struktur der Kollagenmatrix erhält ohne entzündliche oder zytotoxische Reaktionen hervorzurufen. Sowohl im nasalen als auch artikulären Knorpel konnten migratorisch aktive chondrogene Progenitorzellen (CPC) identifiziert werden, die in der Lage waren, in vitro die nDECM zu rezellularisieren. In diesem Projekt soll mit Hilfe biochemischer Analysen geklärt werden, welche zellbiologisch funktionellen Komponenten der nDECM während des Dezellularisierungsprozesses erhalten bleiben oder verändert werden. Anschließend soll ein Verfahren zur Beladung der nDECM mit Wachstumsfaktoren etabliert und Verteilungsgleichgewichte, Aufnahme- und Freisetzungskinetiken des Adsorptionsprozesses bestimmt werden. Des Weiteren soll untersucht werden, ob eine Rezellularisierung der nDECM mit CPC und Knochenmarksstammzellen und die chondrogene Differenzierung dieser Zellen über Anbindung von Wachstumsfaktoren und Inhibition proinflammatorischer Signale verbessert werden kann. Zusätzlich soll die Frage geklärt werden, welchen Einfluss die nDECM auf Makrophagen-abhängige Inflammationsreaktionen und die proteolytische Matrixdegeneration ausübt. Abschließend wird in translationaler Ausrichtung in geeigneten Tiermodellen geprüft, ob sich die zellfreie nDECM für die in situ-Regeneration von Knorpeldefekten im Nasenseptum bzw. im Kniegelenk eignet. Hierfür werden ein orthotopes Modell der Septumplastik und ein osteochondrales Defektmodell im Kaninchen verwendet und die nDECM mit und ohne Anbindung der wirksamsten Faktorkombination implantiert. Zusammenfassend soll das hier dargestellte Projekt einen neuen therapeutischen Ansatz für den Ersatz von Knorpelgewebe erarbeiten, wobei Expertisen aus der HNO-Heilkunde, der Orthopädie und der Bioverfahrenstechnik kombiniert werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen