Regenerative Medizin
In der regenerativen Medizin liegt ein Fokus auf der Rekonstruktion und Regeneration von geschädigtem Knorpelgewebe. Die Rekonstruktion von Knorpeldefekten stellt eine große Herausforderung dar, weil das benötigte Material bei einer autologen Transplantation nur in sehr begrenztem Maße zur Verfügung steht und es bei der Verwendung von alloplastischem Material zu chronischen Fremdkörperreaktionen und Extrusionen kommen kann. Es besteht daher ein dringender Bedarf an neuen regenerativen Therapieverfahren.
In unserem Labor werden daher neue Biomaterialien auf ihre Eignung als Knorpelersatzmaterial untersucht. Ein solches Material ist zum Beispiel eine dezellularisierte extrazelluläre Matrix aus porcinem Nasenseptum.
Weiterhin werden mittels Bioprinting(3D-Druckverfahren) hergestellte Konstrukte, z.B. in der Form einer Ohrmuschel, auf ihre Verwendbarkeit zur Transplantation und Rekonstruktion von Knorpeldefekten getestet.
Um die Eignung dieser Materialien zu testen, werden sie mit Chondrozyten oder chondrogenen Vorläuferzellen besiedelt. Nach einer bestimmten Inkubationszeit, werden diese Zellen untersucht, ob sie in dieser Umgebung überleben und fähig sind ihren Differenzierungsgrad zu erhalten oder sich zu reifen Chondrozyten weiterzuentwickeln. Dazu wird untersucht, ob die Zellen knorpelspezifische Substanzen wie z. B. Kollagen II oder Aggrekan produziert werden und als extrazelluläre Matrix freigesetzt werden. Ebenfalls erforscht wird die Interaktion dieser Materialien mit Monozyten und Makrophagen, die an entzündlichen Prozessen, aber auch an der Wundheilung, beteiligt sind.
Illustrationen
Dezellularisierte Knorpelmatrix (DECM), gewonnen aus porcinem Nasenseptum nach einem Besiedelungsversuch mit humanem chondrogenen Progenitorzellen
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Elektronenmikroskopische Aufnahme (Rasterelektronemikroskop) von einer wiederbesiedelten DECM
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Histologischer Nachweis von neu gebildeten Proteoglykanen durch eingewanderte Zellen mittels Alcianblaufärbung (Vergrößerung: 25x)
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Nachweis von kollagentypischen Bestandteilen wie hier im Bild Aggrekan in einer wiederbesiedelten DECM durch Immunhistochemie. (Vergrößerung: 100x)
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Kooperationspartner
Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg - Lehrstuhl für Bioverfahrenstechnik (https://www.bvt.tf.fau.de/)
Universitätsklinikum Ulm - Klinik für Orthopädie Sektion Biochemie der Gelenks- und Bindegewebserkrankungen (https://www.uni-ulm.de/klinik/sektion_biochemie/)
ETH-Zürich – Departement Gesundheitswissenschaften und Technologie (http://www.cartilage.ethz.ch/ - Infos zur Kooperation unter https://www.microtia.ethz.ch/)
Universitätskinderspital Zürich – Tissue Biology Research Unit (http://www.skingineering.ch/)
Friedrich Miescher Institute for Biomedical Research (https://www.fmi.ch/)
Förderung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG): Förderkennzeichen Ro 2207/5-1 (www.dfg.de)
Schweizerischer Nationalfonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung (SNF): Förderkennzeichen CRSIIS_173868 / 1 (www.snf.ch)
Publikationen
Lena H, David G, Johann K, Yvonne J, Frank G Z, Daniela H, Roman B, Rolf E B, Nicole R. In situ regeneration of nasal septal defects using acellular cartilage enhanced with platelet-derived growth factor. J Tissue Eng. 2022 Sep 20;13:20417314221114423. doi: 10.1177/20417314221114423. PMID: 36158899; PMCID: PMC9493673.
Döpping, D., Kern, J., Rotter, N., Llevot, A., Theato, P. and Mutlu, H. (2022), Synthesis and Characterization of Novel Isosorbide-Based Polyester Derivatives Decorated with α-Acyloxy Amides. Macromol. Chem. Phys., 223: 2270031. https://doi.org/10.1002/macp.202270031
Gvaramia D, Kern J, Jakob Y, Zenobi-Wong M, Rotter N. Regenerative Potential of Perichondrium: A Tissue Engineering Perspective. Tissue Eng Part B Rev. 2021 Jun 30. doi: 10.1089/ten.TEB.2021.0054. Epub ahead of print. PMID: 33966486
Gvaramia D, Kern J, Jakob Y, Tritschler H, Brenner RE, Breiter R, Kzhyshkowska J, Rotter N. Modulation of the inflammatory response to decellularized collagen matrix for cartilage regeneration. J Biomed Mater Res A. 2021 Dec 29. doi: 10.1002/jbm.a.37349. Epub ahead of print. PMID: 34967101.
Goldberg-Bockhorn E, Wenzel U, Theodoraki MN, Döscher J, Riepl R, Wigand MC, Brunner C, Heßling M, Hoffmann TK, Kern J, Rotter N. Enhanced cellular migration and prolonged chondrogenic differentiation in decellularized cartilage scaffolds under dynamic culture conditions. J Tissue Eng Regen Med. 2022 Jan;16(1):36-50. doi: 10.1002/term.3261. Epub 2021 Oct 30. PMID: 34687154.
