Entwicklung einer Bibliothek hochfluorierter Polymere für die additive Herstellung von Gefäßtransplantaten mit einstellbarer Nachgiebigkeit und 19F-MRI Sichtbarkeit für das in situ Tissue Engineering

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr. Ulrich Flögel; Professor Dr. Konstantin Karaghiosoff; Professorin Dr. Petra Mela
• Fachliche Zuordnung: Medizinische Physik, Biomedizinische Technik
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 555098822

Die Anforderungen an Scaffolds für Anwendungen im Tissue Engineering (TE) sind vielfältig und entscheiden über die Erfolgschancen eines solchen Implantats. Daher ist es unerlässlich, Materialinnovationen mit fortschrittlichen Fertigungsstrategien zu kombinieren, um funktionelle Produkte zu erhalten, die für die klinische Umsetzung geeignet sind. Wir zielen auf diese Konvergenz ab, um den ungedeckten klinischen Bedarf an kleinkalibrigen Gefäßprothesen zu decken, die für Anwendungen von Dialyse-Shunts bis hin zu einem koronaren Bypass relevant sind. Auf der Basis eines in situ TE Ansatzes bearbeiten wir zwei Hauptprobleme auf diesem Gebiet, die derzeit die Einführung von Gefäßprothesen (Tissue-Engineered Vascular Grafts, TEVGs) in der Klinik verhindern, nämlich i) die mangelnde Übereinstimmung der radialen Nachgiebigkeit (compliance) zwischen dem Implantat und dem Zielgefäß, die wesentlich zum Versagen des Implantats beiträgt, und ii) die Schwierigkeiten bei der Bildgebung von polymeren Scaffolds für die longitudinale Nachverfolgung mittels klinisch anwendbaren Bildgebungsverfahren. Unser Ziel ist daher die Herstellung eines TEVG mit einstellbarer Nachgiebigkeit und einer Porosität, die die zelluläre Infiltration und den Gewebeumbau im Körper unterstützt, sowie einer gleichzeitigen Sichtbarkeit in der Magnetresonanztomographie (MRT). Insbesondere zielen wir auf 19F-MRT als vielversprechende Bildgebungsmodalität für polymere Konstrukte ab, da hier das natürliche Hintergrundsignal im Gegensatz zur konventionellen 1H-MRT von wasserstoffreichen Geweben vernachlässigbar ist. Zudem nutzen wir das Melt Electrowriting (MEW) als fortschrittliche additive Fertigungstechnik, die es ermöglicht, Fasern im Mikrometerbereich entsprechend einer kodierten Architektur Schicht für Schicht abzulegen. Gegliedert nach dem Fachwissen der Antragsteller werden wir drei Hauptforschungslinien verfolgen: • Synthese einer Bibliothek neuartiger hochfluorierter Polymere, die auf Biokompatibilität, starkes 19F-MRT-Signal und Verarbeitbarkeit mittels MEW optimiert sind. • Entwicklung von MEW Designstrategien für tubuläre Konstrukte mit kontrolliertem mechanischem Verhalten durch Ausnutzung der Struktur-Eigenschafts-Beziehung komplexer mikroporöser Scaffold-Architekturen sowie deren Interaktion mit Zellen. • Etablierung von artefaktfreien 19F-MRT-Bildgebungsprotokollen mit hoher räumlicher Auflösung bei schnellen Aufnahmezeiten und Untersuchung der sich ändernden Signalintensität aufgrund der fortschreitenden Polymerdegradation. Dieser Antrag vereinigt multidisziplinäres Fachwissen, um das Potenzial einer Biomaterialbibliothek für eine klinisch anwendbare Bildgebungsmodalität in Kombination mit fortschrittlichen Herstellungsstrategien für TEVGs freizusetzen. Die in diesem Projekt gewonnenen Erkenntnisse aus der Materialsynthese, den Scaffold-Designs und der MRT werden für biomedizinische Anwendungen über die Entwicklung von Gefäßprothesen hinaus wertvoll sein.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen