In situ Printing von resorbierbaren, osteoinduktiven Hybridmaterialien: Erforschung eines neuartigen Behandlungskonzeptes für segmentale Kieferkno-chendefekte am Beispiel der Kieferspaltosteoplastik

• Antragstellerin: Professorin Dr. Paula Korn
• Fachliche Zuordnung: Zahnheilkunde; Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 566842371

Der Goldstandard für die Kieferspaltosteoplastik und die Augmentation von segmentalen Kieferknochendefekten ist aktuell die Verwendung autologer Knochentransplantate, trotz des notwendigen Zweiteingriffs und der damit verbundenen Entnahmemorbidität. Die Entwicklung eines äquivalenten künstlichen Knochentransplantates ist daher von hoher klinischer Relevanz. Die Kombination von Calciumphosphat-basierten Biomaterialien mit dem regenerativen Potenzial von Stamm-/osteogenen Progenitorzellen im Sinne des Tissue Engineering (TE) hat bereits erste vielversprechende Ergebnisse erbracht. Jedoch ist der klassische Weg des TE – die Transplantation von in vitro mit Zellen besiedelten Materialien – aufgrund des hohen Aufwandes und bestehender regulatorischer Hürden nur schwer in die klinische Anwendung zu bringen. Weitere Herausforderungen bestehen in der Sicherstellung einer adäquaten Degradation der Biomaterialien und einer guten Verankerung im Defekt mit engem Kontakt zum Lagerknochen. All diese Aspekte werden im Projekt adressiert. Ziel ist die Entwicklung eines flexiblen Materialsystems, das verschiedene Komponenten mit unterschiedlichen Eigenschaften kombiniert: (1) einen durch Osteoklasten resorbierbaren Calciumphosphatzement (CPC), der osteokonduktiv ist und dem Transplantat mechanische Stabilität verleiht, (2) mesoporöses bioaktives Glas (MBG), das in Kompositen mit CPC die Degradation beschleunigt und als langanhaltendes Drug Delivery-System dient, sowie (3) Hydrogele als schnell abbauende Drug Delivery-Systeme mit hoher Beladungskapazität. Dieses Materialsystem soll mittels Koaxialextrusion – ein Hydrogel im Kern des extrudierten Stranges wird von einem CPC-MBG-Komposit umgeben – applizierbar sein. Unsere Hypothese ist, dass durch die Kombination mit einem Hydrogel die Degradation des CPC-MBG-Gerüstes und somit die Defektossifikation weiter beschleunigt wird, was besonders relevant in Kieferspaltdefekten im wachsenden Organismus ist, in denen ein Zahndurchbruch durch das augmentiere Areal ermöglicht werden soll. Außerdem werden die Kapazität und Möglichkeiten der Drug Delivery-Funktion erweitert. Die Beladung von MBG und/oder Hydrogel erfolgt dem Konzept des in situ TE folgend mit chemoattraktiven Faktoren, die nach Freisetzung Osteoprogenitorzellen aus dem umliegenden Gewebe anlocken. Somit kann auf eine Vorbesiedlung in vitro verzichtet werden. Eine besondere Herausforderung bei der Kiefer-spaltosteoplastik ist das Einbringen des Transplantates in geometrisch komplexe, schwer zugängliche Defekte. Dazu wird eine in situ Printing-Technologie für das Materialsystem erforscht, die einfach und sicher im OP anwendbar ist. Im Projekt werden verschiedene Materialkombinationen für die Koextrusion sowie die Freisetzung von Wachstumsfaktoren aus dem Materialsystem untersucht, ein Lösungsansatz für ein intraoperativ einsetzbares in situ Printingsystem erforscht und das Material- und Applikationssystem in vivo im Minischwein-Kieferdefektmodell evaluiert.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich(e): Dr. Anja Lode