Zell-Scaffold Wechselwirkungen in künstlichem Knochengewebe: Regulation von Kollagen-I Netzwerken und Fokalkontakten durch biochemische und Umgebungssignale

• Antragsteller: Professor Oliver Friedrich; Dr. Martin Vielreicher
• Fachliche Zuordnung: Orthopädie, Unfallchirurgie, rekonstruktive Chirurgie ; Biophysik ; Medizinische Physik, Biomedizinische Technik ; Zellbiologie
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 410498501

Kollagen-I Fasern sind als Hauptkomponente der Knochen-ECM hauptsächlich für seine Bruchfestigkeit verantwortlich. Eine der wichtigsten Ziele in der Züchtung künstlichen Knochengewebes ist es die Zellen über ein stabiles und funktionales ECM-Netzwerk miteinander zu verbinden, welches nahe an die natürliche Geometrie in Knochen heranreicht. Um dies zu erreichen wird eine zuverlässige Methode benötigt, welche die ECM in künstlichem Knochengewebe kontinuierlich, nicht-invasiv und mit hoher Auflösung quantitativ und qualitativ zugänglich macht. Darüber hinaus ist ein tiefergehendes mechanistisches Verständnis darüber notwendig, weshalb die ECM in 3D Zell-Biomaterial Konstrukten im Vergleich zu 2D-Konstrukten stärker ausgebildet ist, und inwieweit dies möglicherweise mit verstärkter Bildung von Fokalkontakten zusammenhängt. Ziel dieses Projektes ist es, eine leistungsfähige Multiphotonenmikroskopie-basierte Methodik zu entwickeln, mit deren Hilfe die Quantität und Organisation von durch Knochenzellen gebildete Kollagen-I Fasernetzwerke analysiert werden kann, um damit 3D- und 2D-Konstrukte zu vergleichen. Ferner soll eine Verbindung der Netzwerke zur Anzahl, Ausbildung und Verteilung von Fokalkontakten hergestellt und der Einfluss biomechanischer Beanspruchung der Konstrukte untersucht werden. Unsere zentrale Hypothese besagt, dass die Stabilität von Knochen-Konstrukten direkt von der Winkelverteilung und Geometrie der Kollagen-I Fasernetzwerke bestimmt wird. Demnach wird erhöhte Stabilität durch isotrope, miteinander verwobene Faseranordnungen vermittelt welche aus verstärkter Bildung von Fokalkontakten resultiert. Von zentraler Bedeutung für die Regeneration der Kollagenfasern ist dabei die Ascorbinsäure.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen