Projekt
Foto: Uniklinik RWTH Aachen
Problemstellung
Auch wenn sich die medizinischen Behandlungsmöglichkeiten vieler Krankheiten, die mit Knochenschäden einhergehen, deutlich verbessert haben, gibt es nach wie vor schwerwiegende Fälle, in denen die Behandlungsoptionen unzureichend sind. Vor dem Hintergrund einer immer älter werdenden Bevölkerung kommt der Zunahme von Muskel-Skeletterkrankungen sowie von Osteoporose eine besondere gesundheitspolitische Bedeutung zu. Während sich in den letzten Jahren die OP-Technik stark weiterentwickelt hat, mangelt es bisher an biologischem Knochenersatz bzw. an einer geeigneten Matrix, die implantiert werden kann und die Einheilung unterstützt.
Zudem unterliegen verschiedene Knochen im Körper unterschiedlichen Kräften. Besonders lasttragend sind beispielsweise die Kieferknochen. Aus jahrelanger klinischer Erfahrung weiß man, dass Wundheilungsvorgänge im Oberkiefer deutlich schneller und effektiver ablaufen, als im Unterkiefer. Deshalb ist es wichtig zu untersuchen und zu verstehen, ob neben der Krafteinwirkung (mechanobiologische Vorgänge) auch beispielsweise Stammzellen an der differentiellen Wundheilung beteiligt sind und welche Rückschlüsse daraus für den Aufbau von dreidimensionalen (3D) Tissue Engineering (TE) Konstrukten gezogen werden können. Ziel ist es also, biologische Vorgänge zu verstehen und daraus patienten-, krankheits- und ortsspezifische TE Konstrukte zu generieren, die sich nach der Implantation zügig und funktionell in das umliegende Gewebe integrieren.
Zudem unterliegen verschiedene Knochen im Körper unterschiedlichen Kräften. Besonders lasttragend sind beispielsweise die Kieferknochen. Aus jahrelanger klinischer Erfahrung weiß man, dass Wundheilungsvorgänge im Oberkiefer deutlich schneller und effektiver ablaufen, als im Unterkiefer. Deshalb ist es wichtig zu untersuchen und zu verstehen, ob neben der Krafteinwirkung (mechanobiologische Vorgänge) auch beispielsweise Stammzellen an der differentiellen Wundheilung beteiligt sind und welche Rückschlüsse daraus für den Aufbau von dreidimensionalen (3D) Tissue Engineering (TE) Konstrukten gezogen werden können. Ziel ist es also, biologische Vorgänge zu verstehen und daraus patienten-, krankheits- und ortsspezifische TE Konstrukte zu generieren, die sich nach der Implantation zügig und funktionell in das umliegende Gewebe integrieren.
Ziel des Forschungsprojektes
Das Ziel des Forschungsprojektes ist es, eine optimale Trägerstruktur für die Geweberekonstruktion von Knochen (Tissue Engineering) in dreidimensionalen (3D) Baugerüsten unter Einsatz verschiedener Spinnenseiden wie z.B. der Goldenen Radnetzspinne Nephila im Vergleich zur Seide des Seidenraupenspinners (Bombyx mori) zu entwickeln.
Das Ziel des Forschungsprojektes ist es, eine optimale Trägerstruktur für die Geweberekonstruktion von Knochen (Tissue Engineering) in dreidimensionalen (3D) Baugerüsten unter Einsatz verschiedener Spinnenseiden wie z.B. der Goldenen Radnetzspinne Nephila im Vergleich zur Seide des Seidenraupenspinners (Bombyx mori) zu entwickeln.
Vorteile von Spinnenseide
Spinnenseide ist chemisch äußerst stabil, elastisch und sehr robust, ultraleicht und sogar zugfester als Stahl. Diese Eigenschaften machen sie als Matrix für den Zellaufbau besonders interessant. Ihre antibakterielle Wirkung verringert zudem das Risiko von Implantatinfektionen.
Spinnenseide ist chemisch äußerst stabil, elastisch und sehr robust, ultraleicht und sogar zugfester als Stahl. Diese Eigenschaften machen sie als Matrix für den Zellaufbau besonders interessant. Ihre antibakterielle Wirkung verringert zudem das Risiko von Implantatinfektionen.
Gewinnung von Knochenersatzmaterial
Adulte, multipotente, mesenchymale Stammzellen (MSC), die physiologischen Vorläuferzellen von Knochen-, Knorpel- und Fettgewebe, können aus verschiedenen Geweben isoliert werden und besitzen in vielen Organen, z.B. im Knochenapparat, außergewöhnlich regenerative Fähigkeiten. Sie stellen somit eine aussichtsreiche Zellpopulation im Hinblick auf zellbasierte Therapieansätze dar. Neben MSC aus Knochenmark und Nabelschnur-Matrix sollen vergleichend periodontale Ligament Stammzellen (PDL-Zellen) aus Weisheitszähnen des Ober- und Unterkiefers isoliert, charakterisiert und expandiert werden und zum Aufbau von Tissue Engineering Konstrukten als Ersatz von Alveolarknochen eingesetzt werden.
Für welche Krankheitsbilder ist die Methode geeignet?
Es ergeben sich neue Behandlungsmöglichkeiten für Personen, die z.B. nach Unfällen größere Knochenbrüche erlitten haben oder bei denen eine Fraktur nicht ausheilt. Weitere Einsatzmöglichkeiten bestehen in der Orthopädischen Onkologie (Knochentumore) sowie bei der Behandlung der Osteoporose.
Adulte, multipotente, mesenchymale Stammzellen (MSC), die physiologischen Vorläuferzellen von Knochen-, Knorpel- und Fettgewebe, können aus verschiedenen Geweben isoliert werden und besitzen in vielen Organen, z.B. im Knochenapparat, außergewöhnlich regenerative Fähigkeiten. Sie stellen somit eine aussichtsreiche Zellpopulation im Hinblick auf zellbasierte Therapieansätze dar. Neben MSC aus Knochenmark und Nabelschnur-Matrix sollen vergleichend periodontale Ligament Stammzellen (PDL-Zellen) aus Weisheitszähnen des Ober- und Unterkiefers isoliert, charakterisiert und expandiert werden und zum Aufbau von Tissue Engineering Konstrukten als Ersatz von Alveolarknochen eingesetzt werden.
Für welche Krankheitsbilder ist die Methode geeignet?
Es ergeben sich neue Behandlungsmöglichkeiten für Personen, die z.B. nach Unfällen größere Knochenbrüche erlitten haben oder bei denen eine Fraktur nicht ausheilt. Weitere Einsatzmöglichkeiten bestehen in der Orthopädischen Onkologie (Knochentumore) sowie bei der Behandlung der Osteoporose.
Wie könnte diese Behandlungsmethode aussehen?
Das neuartige Knochenersatzmaterial soll inklusive der Spinnenseide-Matrix implantiert werden. Dies hat gegenüber herkömmlichen Transplantationsverfahren den Vorteil, dass durch die Spinnenseide die Anhaftung des Materials erleichtert wird und eine Lockerung des Implantationsmaterials vermindert. Auf Grund der antibakteriellen Wirkung der Spinnenseide könnten zudem Implantationsinfektionen verhindert oder zumindest verringert werden. Ein weiterer Vorteil ist, dass eine großflächigere Entnahme von körpereigenem Knochenmaterial entfällt und somit geringere Komplikationen an der Entnahmestelle zu erwarten sind. Dies ist insbesondere für Patient*innen mit Wundheilungsstörungen von besonderer Bedeutung. Spinnenseide ist zudem biodegradierbar. Es ist daher zu erwarten, dass diese sich mit der Geschwindigkeit des Knochenwachstums abbaut und gezielt die Knochenneubildung fördert, da die Spinnenseide auch das Zellverhalten unterstützt. Dadurch ließe sich eine optimale Anpassung des Transplantats an den individuellen Knochendefekt erzielen.
Das neuartige Knochenersatzmaterial soll inklusive der Spinnenseide-Matrix implantiert werden. Dies hat gegenüber herkömmlichen Transplantationsverfahren den Vorteil, dass durch die Spinnenseide die Anhaftung des Materials erleichtert wird und eine Lockerung des Implantationsmaterials vermindert. Auf Grund der antibakteriellen Wirkung der Spinnenseide könnten zudem Implantationsinfektionen verhindert oder zumindest verringert werden. Ein weiterer Vorteil ist, dass eine großflächigere Entnahme von körpereigenem Knochenmaterial entfällt und somit geringere Komplikationen an der Entnahmestelle zu erwarten sind. Dies ist insbesondere für Patient*innen mit Wundheilungsstörungen von besonderer Bedeutung. Spinnenseide ist zudem biodegradierbar. Es ist daher zu erwarten, dass diese sich mit der Geschwindigkeit des Knochenwachstums abbaut und gezielt die Knochenneubildung fördert, da die Spinnenseide auch das Zellverhalten unterstützt. Dadurch ließe sich eine optimale Anpassung des Transplantats an den individuellen Knochendefekt erzielen.
Den Flyer zum Forschungsprojekt finden Sie hier...
Unser Forschungsprojekt hat folgendes Projektkonto der RWTH Aachen:
Sparkasse Aachen
IBAN: DE27 3905 0000 0013 0040 15
BIC: AACSDE33
Verwendungszweck: IA 225060