Hybrid-Aerogele als biomemetische 3D-Gerüststrukturen für regenerative Knochenkrebstherapie

• Antragstellerin: Dr. Hajar Maleki
• Fachliche Zuordnung: Biomaterialien ; Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 467116484

Die Behandlung bösartiger Knochentumore und die Wiederherstellung von Knochenschäden nach Tumorresektion stellt immer noch eine klinische Herausforderung dar. Hierbei verlangt die Behandlung von tumorinduzierten Knochenschäden im Regelfall nach einer Implantation biomimetischer poröser 3D-Materialien, die mit zweifacher Funktionalität – lokaler chemotherapeutischer Behandlung verbliebener Tumorzellen gefolgt von einer Wiederherstellung der Knochenschäden. Darüber hinaus ist die Neubildung von Blutgefäßen (Angiogenese) neben der Osteogenese eine weitere Herausforderung, die spezifische strukturelle Anforderungen an das Gerüstmaterial stellt, die durch dessen Mikrostruktur, Zellinteraktion und pharmazeutische Funktionalität gezielt bestimmt werden kann. Die Herstellung geeigneter Gerüstmaterialien, die alle Anforderungen für eine optimale biologische und tumortherapeutische Funktion erfüllen, ist dabei dringend geboten. Aerogele sind aufgrund ihrer physikalischen und mikrostrukturellen Eigenschaften – insbesondere wegen des großen Porenanteils, der Poreninterkonnektivität und der hohen internen Oberfläche - vielversprechende Biomaterialien für die gezielte Knochengewebsneubildung. Das vorrangige Ziel des vorliegenden Antrags ist die Entwicklung bifunktionaler Komposit-Aerogele als Gerüstmaterialien, die mit Seiden-Fibroin oberflächenmodifiziert sind, um neben hohen photothermischen Effekten auch die Neubildung von sowohl Knochengewebe und Blutgefäßen durch das Zusammenwirken von Oberflächenmodifikation, Selbstorganisation und 3D Druckverfahren zu erreichen. Die besonderen Selbstorganisationsfähigkeiten von peptidmodifiziertem SF in Lösung, sowie die Hybdridisierung des resultierenden SF-Polymers mit anisotropen Materialien (z. B. elektrogesponnenen Silika-Hohlfasern bzw. 2D- Schichtmaterialien) und anschließendem 3D-Druck der resultierenden Kompositmaterialien können kanalartige Porosität, photothermische Ablation von Krebszellen, sowie forcierte Knochenheilung in einem Material kombiniert werden. Durch eine gezielte Kombination interpenetrierender Netzwerke mit Oberflächenfunktionalisierung und Einsatz moderner 3D Druckverfahren, sowie Templatierung SF-basierender Hybridmaterialien werden neue Möglichkeiten zur zielgerichteten Herstellung mikrostrukturierter Gerüstverbindungen entwickelt. Darüber hinaus werden die vielversprechendsten Ansätze in Bezug auf deren therapeutischen Nutzen und Knochenregenerierung überprüft. Durch die Kombination adaptiver Verfahrenstechnik (3D-Druckverfahren) mit innovativen Materialkonzepten (Kompositmaterialien) werden die klinischen Herausforderungen der Knochenheilung adressiert.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Österreich, Portugal
• Mitverantwortliche: Professor Dr.-Ing. Aldo Boccaccini; Professor Dr. Sanjay Mathur; Professorin Dr.-Ing. Irina Smirnova
• Kooperationspartnerinnen / Kooperationspartner: Professorin Dr. Nicola Hüsing; Professor Dr. João F. Mano