In-vitro-Modell für Tissue Engineering des Zwerchfells

• Antragstellerin: Privatdozentin Sahar Salehi-Müller, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Biomaterialien
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 497840077

Das Zwerchfell ist eine Skelettmuskelstruktur mit einer großen zentralen Sehne, die die Brusthöhle vom Bauchraum trennt. Die Hauptfunktion des Zwerchfells besteht darin, das Volumen des Brustkorbs zu verändern und so den Luftaustausch in der Lunge zu ermöglichen. Zwerchfellbrüche, wie die erworbene Zwerchfellhernie (Acquired Diaphragmatic Hernia, ADH) und die angeborene Zwerchfellhernie (Congenital Diaphragmatic Hernia, CDH), sind die wichtigsten Verletzungen des Zwerchfells, die aufgrund der Bildung eines Lochs Schwierigkeiten beim Atmen verursachen. Als Muskel-Sehnen-Gewebe hat das Zwerchfell eine Verbundstruktur mit unterschiedlicher Steifigkeit und Elastizität von der Muskel- zur Sehnenseite. Daher ist die Konstruktion des Zwerchfells und seines Muskel-Sehnen-Übergangs (MTJ) eine technische Herausforderung. Die größte Herausforderung liegt in den unterschiedlichen und wechselnden biochemischen und mechanischen Eigenschaften von Skelettmuskel, Sehne und MTJ im Zwerchfell. Dieses interdisziplinäre Projekt zielt darauf ab, diese Herausforderung zu meistern und ein In-vitro-Modell für das Tissue Engineering des Zwerchfells in Form eines Klebepatches mit abgestufter Struktur zu entwickeln. Eine faserverstärkte Kompositstruktur wird aus einem 3D-gedruckten Mikrofasernetz und einer zellbeladenen, gewebeadhäsiven Hydrogelmatrix hergestellt, die in verschiedenen Zusammensetzungen 3D gedruckt wird. Unser Ansatz basiert auf der sequentiellen Schichtung von 3D-gedrucktem Gewebe mit einem Porositätsgradienten und einer Steifigkeit, die mit Weichgewebe kompatibel ist, sowie zellbeladenen Hydrogel-Biotinten mit verschiedenen Zusammensetzungen und Zelltypen. Das 3D-gedruckte mikrofaserige Netz sorgt für die Stabilität des Konstrukts, die radiale Variation der mechanischen Eigenschaften und die Kontaktführung für die radiale Ausrichtung der 3D-gedruckten Zellen. Darüber hinaus hat die auf Hydrogelen basierende Biotinte mit verschiedenen Zusammensetzungen folgende Funktionen: i) Unterstützung der Zellen während des Drucks, ii) Präzise Ablagerung von Sehnen- und Muskelzellen an die für die Sehnen- oder Muskelabschnitte des Zwerchfells repräsentativen Stellen und iii) bietet die Klebefähigkeit für feuchtes Gewebe für eine mögliche Anwendung als Klebepflaster. Das Hauptergebnis des Projekts wird die Demonstration eines klebenden Zwerchfellpflasters für die nahtlose Anwendung und Behandlung von Zwerchfellhernien sein. Es wird erwartet, dass dieser Ansatz ein leistungsfähiges Instrument für das Tissue Engineering an den Grenzflächen und die Untersuchung der Entwicklung anderer Arten von Muskel-Sehnen-Verbindungen sein wird.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Italien, Österreich
• Kooperationspartner: Professor Dr. Andreas Traweger; Professor Libero Vitiello, Ph.D.
• Mitverantwortlich(e): Professorin Dr.-Ing. Silvia Budday