Knochenreparatur nach dem Vorbild der Natur
Ab einer bestimmten Größe können sich Knochenschäden nicht mehr regenerieren, insbesondere bei großen Knochen, sodass nur noch ein Knochentransplantat oder -ersatz in Frage kommt. Großes Potenzial zeigt hier der neue Forschungsbereich des Tissue Engineering (Gewebezüchtung), bei dem Gerüste mit lebenden Zellen besiedelt werden, die dann zum gewünschten Gewebe heranwachsen. Bei dieser Art der Knochenregeneration können Gerüste (Scaffolds) die natürliche extrazelluläre Matrix (ECM) imitieren und maßgeblich die Zelladhäsion und -proliferation dirigieren. Das Projekt STUFFOR entwickelte nun neue multifunktionale azelluläre 3D-Scaffolds für die Knochenregeneration und Gefäßneubildung (Vaskularisierung). Den Fortschritt der Geweberegeneration untersuchten die Forscher dann am Kaninchenmodell für Knochenschäden. Die vielseitig einsetzbaren Scaffolds wurden aus Nanofasern im Elektrospinnverfahren hergestellt, um ein großes Oberflächen/Volumen-Verhältnis, hohe Porosität und mechanische Eigenschaften zu erreichen, die der ECM in natürlichem Gewebe ähneln. Wie sich im Tierversuch zeigte, genügte die mit aktiven chemischen Substanzen ausgerüstete gesamte Struktur allen biologischen, physikalischen und mechanischen Anforderungen an die Knochenregeneration. Mit optimierter Ausrüstung und dem innovativen inversen Opalverfahren wurden Gelatinekügelchen mit anpassbarer Größe hergestellt, die als Porogene die Porenbildung im Scaffold induzieren. Dann wurden die Gerüste mit dem gewünschten Durchmesser aus Nanofasern im Elektrospinnverfahren hergestellt. Die neuen 3D-Hybrid-Scaffolds wurden schließlich für In-vivo-Tests modifiziert, und am Kaninchenmodell wurde beobachtet, wie die maßgeschneiderten Scaffolds den Knochen an der geschädigten Stelle verändern. Die Projekterfolge wurden auf dem 10. Weltkongress für Biomaterialien (World Biomaterials Congress) in Montreal und der Jahrestagung für Notfallmedizin vorgestellt. Akademische Austauschbesuche sollen zudem künftig die Zusammenarbeit zwischen der Keele University und der Xuzhou Medical University fördern. Alle von STUFFOR entwickelten Scaffolds sind bereit für die Serienfertigung und Kommerzialisierung. Damit lieferte das Projekt eine Wissensplattform für weitere Forschungen zur Knochenregeneration, was maßgeblich sozio-ökonomische Kosten bei der Behandlung älterer Menschen reduzieren wird.
Schlüsselbegriffe
Knochen, Alterung, Knochenschäden, Scaffold, STUFFOR
