Identifizierung und Charakterisierung von neuen funktionalisierten Nanofibrillen für die Regeneration von Nervenzellen

• Antragsteller: Professor Dr. Bernd Knöll; Dr. Christopher Synatschke
• Fachliche Zuordnung: Biomaterialien ; Biologische und Biomimetische Chemie ; Molekulare und zelluläre Neurologie und Neuropathologie ; Organische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung ; Präparative und Physikalische Chemie von Polymeren ; Zellbiologie
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 441734479

Bei zahlreichen Organ- oder Gewebeverletzungen entstehen Läsionsstellen, in denen Zellen zerstört und Zell-zu-Zell Verbindungen aufgelöst werden. Ziel der Regenerationsforschung ist es, die Funktion solcher verletzten Zellen und Gewebe wieder her zu stellen. Ein Ansatz im Bereich der regenerativen Medizin, dem sog. "tissue Engineering" ist es dabei, neue Biomaterialien zu erforschen und zu testen, die in solche Gewebelücken verletzter Organe eingebracht werden können, um zelluläre und molekulare Regenerationsvorgänge zu beschleunigen.Im vorliegenden Antrag wollen wir ein neuartiges funktionalisiertes Biomaterial im Einsatz für die Geweberegeneration testen. Dabei handelt es sich um sog. Selbst-assemblierende Peptide (SAPs), die aus wenigen Aminosäuren bestehen, sich aber spontan zu sog. Nanofasern zusammenlagern können. Diese Nanofasern bilden zwei- und dreidimensionale Netzwerke aus, die der in der Natur vorhandenen sog. Extrazellulären Matrix ähneln. Die Idee dieses Ansatzes ist, dass diese Nanofaser-Netzwerke als Anhaftungs- und Wachstumssubstrat für verletzte Zellen fungieren und somit quasi als "Gewebekleber" in die Verletzungsstellen eingebracht werden können. Im vorliegenden Antrag wollen wir die von uns bereits in publizierten Vorarbeiten berichteten positiven Regenerations-Eigenschaften der SAPs, die wir in Zellkultur und einem Tiermodell belegt haben, weiter ausbauen. Dazu sollen die SAP-Nanofasern mit weiteren bioaktiven Molekülen, z.B. Wachstumsfaktoren, chemisch konjugiert und dadurch zusätzlich biologisch funktionalisiert werden. Eine fundierte physikalisch-chemische Analyse der resultierenden Nanostrukturen wird es ermöglichen aufgrund bereits bekannter Parameter eine Vorauswahl der möglichen Materialformulierungen für weitere Tests zu treffen. Die vielversprechendsten bioaktiven Nanofibrillen sollen dann in verschiedenen Regenerationsversuchen am Beispiel verletzter Nervenzellen untersucht werden. Dazu werden die neuen Biomaterialien zunächst als Adhäsions- und Wachstumsunterlage von primären Neuronen der Maus in Zellkultur getestet. Nanofibrillen, die hier das Anhaften und das Wachstum von Nervenzellen stimulieren, werden dann in einem Mausmodell des Schädel-Hirn Traumas (SHT) untersucht. Das SHT ist eine der häufigsten Todesursachen bei jugendlichen Erwachsenen und stellt bei Überlebenden eine enorme Beeinträchtigung in der Lebensqualität dar. In unserem Antrag wollen wir die funktionalisierten SAP-abgeleiteten Nanofaser Netzwerke in die Verletzungsstelle im Gehirn der Maus einbringen, wo wir aufgrund der Eigenschaften als "Gewebekleber" und Wachstumsstimulator eine Verbesserung der Regeneration des Gehirns erwarten.Wenn wir solche positiven Eigenschaften bei der Regeneration des Gehirns für dieses neue Biomaterial belegen können, gehen wir davon aus, dass auch die Regeneration anderer verletzter Organe (z.B. Knochen, Haut, Muskel) von diesem neuen Ansatz profitieren könnte.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Großbritannien
• Kooperationspartner: Dr. Simone Ruggeri