Ultraschallgesteuerte ex-vivo Herstellung von strukturierten Hydrogelen für die gerichtete Knochenregeneration

• Antragsteller: Professor Dr. Kay Raum, seit 6/2023
• Fachliche Zuordnung: Biomaterialien ; Akustik ; Biochemie ; Biophysik
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 429529778

In diesem Projekt soll eine Ultraschall-basierte Methode entwickelt werden, um ex-vivo-Konstrukte zur Regeneration von Knochendefekten zu generieren, die mechanisch, strukturell und biologisch anpassbar sind. Ultraschall wird während der gesamten Projektentwicklung in verschiedenen Moden genutzt. Durch Anwendung stehender Ultraschallwellen wird eine strukturierte Organisation von mesenchymalen Stromazellen (MSCs) und einem Liposom-gekapseltem Wachstumsfaktor (BMP-2: Bone Morphogenetic Protein-2) im in-situ polymerisierenden Gel erreicht. Dies führt zu einer extrazellulären Matrixorganisation, welche die zelluläre Ausrichtung widerspiegelt und zur Entwicklung von anisotropen der Gewebekonstrukten führt. Die räumlich und temporär kontrollierte bedarfsabhängige Freisetzung von BMP-2 aus den immobilisierten Liposomen wird durch einen kurzen hochintensiven akustischen Burst erzeugt. Dadurch kann die notwendige Konzentration des Wachstumsfaktors erheblich reduziert werden, was im klinischen Umfeld aufgrund des BMP-2-assoziierten Nebenwirkungen von großem Vorteil ist. Zusätzlich wird gepulster Ultraschall mit niedriger Intensität angewendet, um die Vitalität der Zellen im gesamten Konstrukt zu fördern und die BMP-2-Konzentration, die für eine effiziente osteogene Differenzierung der Zellen erforderlich ist, weiter zu verringern. Die resultierenden Konstrukte werden mechanisch getestet und ihre Eignung zur Gewebeführung wird bewertet. Die hochaufgelöste akustische Biomikroskopie (SAM) wird für die Bildgebung der Konstrukte verwendet und liefert zusätzliche Informationen zur Veränderung den mechanischen Materialeigenschaften während der Konstruktentwicklung. Die hier vorgeschlagene Methodik kann durch Änderung des Zelltyps, des Biofaktors und des polymerisierenden Gels für verschiedenste ex-vivo-Konstrukte, die auf die Regeneration anderer Gewebe abzielen, weiter angepasst werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Ehemalige Antragstellerin: Dr. Regina Puts, bis 6/2023