FORTEPRO

BAYERISCHER FORSCHUNGSVERBUND FüR TISSUE ENGINEERING UND RAPID PROTOTYPING

Knochenneubildung

Arbeitsfeld:

Projektziel ist die Entwicklung eines Keramik-Knochenzell-Konstruktes, das optimale Voraussetzungen zur Neubildung von Knochen in Knochendefekten des Menschen schafft. Das entstandene Konstrukt wird in seiner inneren und äußeren Struktur dem Knochen angepaßt, soll mechanisch auf Druck-, Biege- und Scherkräfte belastbar und durch Zellbesiedelung und langsame Degradation in die Knochen- und Weichteilumgebung gut integrierbar sein. Zur Realisierung wird in enger Zusammenarbeit verschiedener Arbeitsgruppen parallel und interaktiv eine Optimierung der vorhandenen Materialien, die Herstellung des Konstruktes (Rapid Prototyping, RP 2/3), die Oberflächenstrukturgestaltung und die Zellkultivierung ("Tissue Engineering") durchgeführt: Bei der Entwicklung der Leitschiene sind materialchemische Veränderungen der Porosität der keramischen Grundsubstanz vorzunehmen, durch die das Einwachsverhalten von Zellen optimiert wird. Gleichzeitig müssen die Materialeigenschaften auf die Konstruktherstellung durch Rapid Prototyping-Verfahren abgestimmt werden. Im Rahmen dieser Verfahren wird in RP 2/3, unter Einbeziehung anatomischer wie radiologischer Daten (RP 1), eine völlig neuartige Leitschiene entwickelt und produziert, welche erstmals in der inneren und äußeren Architektur dem zu behandelnden Knochendefekt optimal angepaßt ist. Durch Oberflächenmodifikationen soll in dem Teilprojekt TE 2 "Knochenneubildung" sowohl die spezifische Adhäsion von Osteoprogenitoren in der Leitschiene ermöglicht als auch die Differenzierung in matrixproduzierende osteoblastäre Zellen eingeleitet werden. Die Veränderungen der Oberfläche basieren auf Untersuchungen in der von Beginn an parallel durchgeführten 2D-Zellkultur von humanen mesenchymalen Stammzellen (MSC). Mittels innovativer analytischer Methoden wird die Identifizierung einer MSC-reichen Zellfraktion ermöglicht. Nach anschließender Proliferation erfolgt die Präkonditionierung für das Aufbringen auf die Leitschienen. Das Bone Morphogenetic Protein-2 (BMP-2) stellt dabei einen entscheidenden Stimulus zur Differenzierung in Richtung der osteoblastären Zellinie dar. In der anschließenden 3D-Kultivierungsphase werden dann die entwickelten Konstrukte bezüchtet. Durch die Zusammenführung des Wissens und der eingehenden interdisziplinären Diskussion zwischen den Fachrichtungen der Materialchemie, Pharmazeutischen Technologie, Rapid Prototyping, Mathematik, Anatomie, Biologie und Medizin (Chirurgie) entsteht die Möglichkeit der grundlagenorientierten Forschung mit einer strengen klinischen Zielrichtung. In enger Zusammenarbeit v.a. mit RP 2/3 und den beteiligten Industrieunternehmen soll somit im Zeitraum von 3 Jahren ein Konstrukt entstehen, welches dann als Prototyp in die Erprobung und Überprüfung im Tiermodell eingehen kann.