Geschichtete Proteinfasergerüste für das Tissue Engineering von Haut

• Antragstellerin: Professorin Dr. Dorothea Brüggemann
• Fachliche Zuordnung: Biomaterialien
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 504980443

Aufgrund der stark alternden Bevölkerung und der zunehmenden Inzidenz von Diabetes und Fettleibigkeit hat die Zahl von Hautwunden weltweit stark zugenommen. Momentane Ansätze zur Behandlung von Hautdefekten haben viele Nachteile, wie z.B. die begrenzte Verfügbarkeit und zeitaufwändige In-vitro-Expansion lebensfähiger Spenderzellen. Daher bleibt die Hautregeneration weiterhin eine große Herausforderung in der regenerativen Medizin, die neue Gerüstmaterialien erfordert. Bei der Entwicklung neuer Hautmodelle ist es besonders wichtig, die schichtweise Architektur von Haut mit ihrer variablen Porosität und Dicke nachzuahmen. Gleichzeitig müssen Hautersatzmaterialien das Wachstum verschiedener Zelltypen durch Bindung an unterschiedliche Integrine unterstützen. Trotz umfangreicher Forschung auf diesem Gebiet gibt es immer noch Wissenslücken, wenn es um mehrschichtige Proteingerüste für In-vitro-Studien geht, wie das Tissue Engineering von Haut sie erfordert. Daher ist das Ziel unseres Projektes, geschichtete Fibrinogen-Kollagen-Gerüste mit nanofaseriger Architektur als neue zellfreie Gerüste für das Tissue Engineering von Haut zu etablieren. Unser Projekt basiert auf der Schlüsselfrage "Sind nanofaserige Fibrinogen-Kollagen-Komposite mit geschichteter 3D-Architektur geeignete Gerüstmaterialien für das Tissue Engineering von Haut?", die wir in drei Arbeitspaketen (APn) beantworten werden. AP 1: Durch Kombination verschiedener Selbstassemblierungsmethoden für Fibrinogen- und Kollagen-Nanofasern in einem neuen Prozess werden geschichtete Proteingerüste entwickelt. Ein wichtiger Fokus wird auf der Anpassung der Dicke und Porosität einzelner Proteinschichten liegen, um die biophysikalischen Eigenschaften natürlicher Haut nachzuahmen. Anschließend werden wir eine Ablösungsroutine entwickeln, um freistehende Proteingerüste mit geschichteter Architektur herzustellen. AP 2: Um geschichtete Proteingerüste als Hautmodel in feuchten Umgebungen nutzen zu können, müssen ihre mechanischen Eigenschaften und Quelleigenschaften angepasst werden. Außerdem müssen die Gerüste mechanisch stabil sein, um die Zellinteraktion in einem Co-Kultur-Setup an der Luft-Flüssigkeits-Grenzfläche (ALI) zu untersuchen. Daher werden wir die mechanischen Eigenschaften rehydrierter Proteingerüste durch Zugversuche in Kombination mit Studien des Quellverhaltens analysieren. AP 3: Eine erfolgreiche Hautreparatur erfordert die Ko-Kultivierung verschiedener Zelltypen. Daher werden wir HaCaT-Keratinozyten und humane dermale Fibroblasten nutzen, um deren Wachstum und Infiltration auf geschichteten Proteingerüsten am ALI in vitro zu untersuchen. Wichtige Parameter werden die Zellproliferation und -migration sowie die zellspezifische Morphologie und Expression verschiedener Proteine sein. Mit diesem Arbeitsprogramm werden wird unser Projekt ein neues Hautmodell für In-vitro-Studien einführen, das grundlegende Einblicke in die Interaktion von Hautzellen mit geschichteten Gerüsten liefern wird.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen