Scaffold-gesteuert Knochenregeneration: Wirkung der chronologischen Alterung

• Antragstellerin: Dr. Su Ping Patrina Poh, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Orthopädie, Unfallchirurgie, rekonstruktive Chirurgie
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 435204959

Der Alterungsprozess geht mit einer Beeinträchtigung der körpereigenen Fähigkeit zur Knochenheilung einher, wodurch die Regeneration großer Knochendefekte erheblich erschwert wird. Die generelle Möglichkeit des Einsatzes zell- und wachstumsfaktorfreier Scaffolds mit optimierten mechanisch-biologischen Eigenschaften bzw. gesteuerter Architektur als Führungsrahmen zur Unterstützung der körpereigenen Knochenregeneration wurde vor kurzem von unserer Gruppe an jungen Versuchstieren demonstriert. Dennoch bleibt weitgehend unklar, wie der Alterungsprozess die zugrundeliegenden biologischen Mechanismen der Scaffold-gestützten Knochendefekt-Regeneration in Abhängigkeit von den mechanisch-biologischen Eigenschaften bzw. der Architektur des Scaffolds beeinflusst. Die Zielsetzung dieses Projektes besteht deshalb darin, die grundlegenden altersspezifischen mechanistischen Unterschiede auszuwerten, die sich durch die mechanisch-biologischen Prinzipien bzw. die Architektur des jeweiligen Scaffolds für die Scaffold-gestützte Knochendefekt-Regeneration ergeben. Dieses Projekt wird die Additive Manufacturing (AM)-Technologie einsetzen, um biologisch abbaubare Scaffolds mit den gewünschten mechanisch-biologischen Eigenschaften und gesteuerter Architektur nutzen zu können. Zuallererst wird eine in-vivo-Studie durchgeführt, um herauszufinden, ob sich das mechanisch-biologische Prinzip der Scaffold-gestützten Knochendefekt-Regeneration auch bei chronologisch gealterten Versuchspersonen belegen lässt, bei denen eine beeinträchtigte Empfindlichkeit gegenüber mechanischen Reizen bekannt ist. Anschließend wird eine in-vitro- und in-vivo-Machbarkeitsstudie durchgeführt, um die Möglichkeit der Verstärkung der körpereigenen Knochendefekt-Regeneration bei alten Versuchspersonen durch eine Kopplung der mechanisch-biologischen Prinzipien und der gesteuerten Gewebebildung mittels modulierter Scaffold-Architektur zu untersuchen, d.h.. Die mechanistischen Unterschiede zwischen jungen und alten Personen bei Scaffold-gestützter Knochendefekt-Regeneration werden auf der genetischen (durch RT -qPCR), auf der Protein- (durch Multiplex ELISA Array) und auf der morphologischen Ebene (durch µCT und histologische Untersuchungen) verglichen. Diese grundlegenden mechanistischen Erkenntnisse sind von entscheidender Bedeutung für die Entwicklung einer altersangepassten Struktur für die Verstärkung der Knochendefekt-Regeneration auch im höheren Alter. Aus translationaler Sicht werden die gewonnenen Erkenntnisse die Entwicklung optimierter AM Scaffolds zur Unterstützung der körpereigenen Knochenregeneration ermöglichen. Letztendlich ergäbe sich die Möglichkeit datengestützter Gestaltung, technischer Planung und Herstellung von individuellen Scaffolds zur Knochenregeneration.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen