Endogene gesteuerte Wirkstofffreisetzung aus injizierbare Mikrogelen für die Verbesserung der Muskelheilung

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Taimoor Hasan Qazi
• Fachliche Zuordnung: Pharmazie ; Biomaterialien ; Orthopädie, Unfallchirurgie, rekonstruktive Chirurgie
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 412891280

Im Gegensatz zur Knochenheilung, bleibt die Regeneration schwerer Muskelverletzungen eine sehr große klinische Herausforderung. Dies ist teilweise darauf zurückzuführen, dass bestehende Behandlungsstrategien nicht in der Lage sind, biologische Prozesse zu adressieren, welche in zeitlich versetzten Phasen des Heilungsprozesses erfolgen. Das generelle Ziel dieses Projektes ist das Design, die Herstellung, die Testung und die Implementierung eines Biomaterial-basierten Ansatzes, welcher minimal-invasiv die Applikation und Freisetzung verschiedener therapeutischer Faktoren an unterschiedlichen Phasen der Muskelheilung ermöglicht. Die Schlüsselinnovation stellt hierbei das Design und die Herstellung von mikroskaligen Hydrogelen (Mikrogele) dar, welche therapeutisch wirksame Substanzen, wie z. B. Proteine oder Wachstumsfaktoren, so lange zurückhalten bis ihre Freisetzung durch lokale enzymatische Signale ausgelöst wird. Matrix- Metalloproteasen (MMPs) sind Enzyme, welche verschiedene Komponenten der der extrazellulären Matrix (EZM) spalten und eine Schlüsselrolle im Matrixumbau einnehmen. Unsere Vorergebnisse zeigen, dass verschiedene MMPs zu unterschiedlichen Zeiten im verletzten Muskel sekretiert werden (MMP-9 = frühe Phase, MMP-2 = späte Phase). Dieses Projekt will daher die Hypothese testen, dass das natürliche MMP Sekretionsmuster ausgenutzt werden kann, um eine Freisetzung therapeutischer Faktoren aus Mikrogelen zu ermöglichen, welche (1) die fibrotische Aktivität von Muskelfibroblaten zu beenden, (2) die Reifung von neuer Muskelfasern zu unterstützen und hierdurch die Muskelheilung ermöglichen. Die therapeutischen Faktoren sollen in einem Hyaluronsäure-basierten Mikrogelsystem eingekapselt werden, welches mit für MMP-9 oder MMP-2 Substrat-spezifischen Peptidsequenzen quervernetzt ist und so eine Kontrolle über die Freisetzung erlaubt. Die Injizierbarkeit der Biomaterialien wird durch die Verankerung der Mikogele innerhalb einer Hauptmatrix über affinitätsbasierten guest-host Reaktionen erreicht. Die erfolgreiche Implementierung dieses Projektes hängt dem sehr fortschrittlichen Design der Polymere des Biomaterials ab, welche im (gastgebenden) Labor an der Universität von Pennsylvania entwickelt wurden. Das Anwendungspotential der gewählten Strategie soll innerhalb einer sechs Monatigen Rückkehrphase and der Charité Universitätsmedizin Berlin demonstriert werden, wo der Antragsteller bereits früher in der Etablierung von klinisch-relevanten Tiermodellen für schwere Muskelverletzungen eingebunden war. Dieses Projekt verspricht die Entwicklung einer innovativen Biomaterial-basierten Plattformtechnologie mit hohem Potential zur bedarfsgerechten Anpassung und zur Anwendung bei anderen muskuloskeletalen Indikationen.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeber: Professor Jason A. Burdick, Ph.D.