Entwicklung elektroaktiver 3D-gedruckter multifunktionaler Gerüste zur Erzeugung von mehrzelligen, vaskularisierten, reifen Herzgeweben

• Antragsteller: Dr. Arnaud Kamdem Tamo
• Fachliche Zuordnung: Bioverfahrenstechnik ; Biomaterialien ; Polymermaterialien
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 556490198

Kardiovaskuläre Erkrankungen stellen ein bedeutendes globales Gesundheitsproblem dar und gehören zu den führenden Todesursachen weltweit. Unter diesen ist der Myokardinfarkt besonders verheerend und führt zu einer irreversiblen Nekrose des Herzmuskels. Nach einem Myokardinfarkt initiiert der Verlust von Kardiomyozyten eine ventrikuläre Umgestaltung, bei der funktionales Myokardgewebe allmählich durch ungeordnetes, fibrotisches Gewebe ersetzt wird. Die Gewebezüchtung bietet einen innovativen Ansatz zur Myokardreparatur, indem sie künstliche Herz-Patches entwickelt, die biomechanische und funktionale Unterstützung für Zellwachstum und -proliferation bieten. Diese Patches sind elektrisch leitfähig und vaskularisiert, was für die korrekte Funktion der Herzzellen entscheidend ist. Das Projekt umfasst die Formulierung neuartiger chitosanbasierter elektrokonduktiver Verbundstoffe, die mit Kohlenstoffnanofasern verstärkt werden. Diese Verbundstoffe bieten ausgezeichnete mechanische Eigenschaften und hohe elektrische Leitfähigkeit für 3D-gedruckte Konstrukte. Diese Konstrukte werden mit Fibrin und Matrigel angereichert, um die biologische Funktionalität des Gerüsts zu verbessern. Unser Ziel ist es, elektroaktive, 3D-gedruckte multifunktionale Konstrukte zur Erzeugung von mehrzelligen, vaskularisierten, reifen Herzmuskeln zu entwickeln. Insbesondere werden wir die Lebensfähigkeit von Kardiomyozyten in Ko-Kultur mit Fibroblasten und Endothelzellen in 3D-elektrokonduktiven Konstrukten bewerten und die Vaskularisierung durch die Analyse der Blutgefäßbildung in diesen mehrzelligen 3D-gedruckten elektrokonduktiven Konstrukten untersuchen. Darüber hinaus werden wir den Einfluss verschiedener elektrischer Stimulationsparameter (Frequenz, Spannung, Stromstärke, Amplitude und Dauer) auf die Funktionalität der Herzzellen bewerten und die kontraktile Eigenschaften von Kardiomyozyten in diesen mehrzelligen 3D-gedruckten Konstrukten unter elektrischer Stimulation analysieren. Zusätzlich werden wir Indikatoren für die Reifung des Herzmuskels wie strukturelle Organisation, Zellausrichtung, Calcium-Handling und Gap-Junction-Bildung in 3D-gedruckten Herzmuskeln untersuchen.

• DFG-Verfahren: WBP Stelle