Phosphorylierte Aminosäuren als Komplexbildner in mineralischen Knochenadhäsiven und -füllern

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr. Uwe Gbureck; Professorin Dr. Stefanie Hölscher-Doht; Professorin Dr. Anita Ignatius
• Fachliche Zuordnung: Biomaterialien
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 551249353

Gegenstand des Projekts sind mineralische Knochenahäsive, die ein hohes klinisches Anwendungspotential für chirurgische Fachdisziplinen wie Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie oder Unfallchirurgie haben. Der Antrag baut auf der kürzlich gemachten Erfahrung auf, dass Phosphoserin-haltige Adhäsive mit Magnesiumphosphaten eine um den Faktor vier höhere Adhäsionsfestigkeit auf Knochen aufweisen gegenüber Adhäsiven aus Calciumphosphaten und Phosphoserin. Der Grund hierfür ist bisher nicht abschließend geklärt und könnte in der Komplexierungsneigung der Phosphat-Gruppe abhängig vom pH-Wert und dem Gegenion (Mg2+ oder Ca2+) liegen. Die Komplexbildung wird dabei durch eine detaillierte mechanistische Analyse durch XRD und FT-IR Spektroskopie in Abhängigkeit des pH-Werts und der Art des Gegenions untersucht. Die Qualifizierung der Adhäsive erfolgt anhand der Klebefestigkeit an kortikalen Knochensubstraten sowie synthetischer Prüfkörper, der Eigenfestigkeit unter Druck bzw. Biegebelastung sowie der Viskosität in Abhängigkeit von der Zusammensetzung. Zusätzlich werden die Adhäsive anhand unterschiedlicher Frakturmodelle am Schienbeinkopf (Spalt- und Spaltimpressionsfrakturen) auf ihre initialen Klebeeigenschaften und ihre biomechanischen Eigenschaften in Kombination mit klinischen Stabilisierungstechniken (Schrauben, Platten) getestet, wobei die Schraubenausdrehfestigkeit als Qualitätsmaßstab bestimmt wird. Die biologische in vitro Untersuchung zielt auf das osteogenes Differenzierungspotential der Adhäsive im Kontakt mit mesenchymalen Stromazellen (MSC), das anhand der Expression relevanter Maker wie Osteocalcin und alkalische Phosphatase bestimmt wird. Der Einfluss der Adhäsive auf die Proliferation und Viabilität von Chondrozyten wird anhand von MTT- und Resazurin-Assays beurteilt. Zusätzlich wird das zu erwartende Abbauverhalten in vitro durch Auslagerung in physiologischen Modelllösungen (passiver Abbau) sowie durch Kultivierung einer Osteoklasten-Zelllinie (RAW 264.7, aktiver Abbau) simuliert und durch Messung der Ionenkonzentration im Serum durch ICP-MS quantifiziert. In vivo werden im Schafmodell die Adhäsive bezüglich ihres Abbaus und der Geweberegeneration in einem teilbelasteten Knochendefektmodell an der proximalen Schafstibia beurteilt. In den gleichen Tieren sollen Schrauben, die in die distale Femurkondyle implantiert werden, mit den Knochenadhäsiven augmentiert werden, um zu untersuchen, ob die knöcherne Integration der Schrauben durch die neuen Materialien verbessert werden kann. Bei positiven Ergebnissen des Projekts würden sich Anwendungsgebiete in Bezug auf die Augmentation von dentalen oder orthopädischen Implantaten auch im osteoporotischen Knochen ergeben.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen