Tissue Engineering von axial vaskularisiertem Skelettmuskelgewebe auf funktionellen Nanofaser-Scaffolds im Tiermodell der Ratte

• Antragsteller: Professor Dr. Raymund E. Horch, seit 8/2017
• Fachliche Zuordnung: Orthopädie, Unfallchirurgie, rekonstruktive Chirurgie ; Allgemein- und Viszeralchirurgie
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 243720892

Das Tissue Engineering von Skelettmuskelgewebe stellt weiterhin eine große Herausforderung dar. Neben der geeigneten Zellquelle ist dabei eine Matrix notwendig, die eine parallele und dreidimensionale Ausrichtung der darin ausgesäten Zellen ermöglicht. Weiterhin spielen Wachstumsfaktoren eine wichtige Rolle bei der Myogenese. GDF-11 (growth differentiation factor) sowie die IGF-Bindeproteine 4, 5 und 6 sind Proteine, die im Blutsystem zirkulieren und die myogene Differenzierung durch unterschiedliche Mechanismen beeinflussen. Die Kombination von primären Myoblasten (Mb), deren Differenzierungspotential nach wenigen Passagen ausgeschöpft ist, zusammen mit mesenchymalen Stammzellen aus dem Knochenmark (BMSC) hat in der Vergangenheit bereits das Potential einer suffizienten myogenen Differenzierung aufgewiesen. Eine weitere interessante Stamzellart, welche mit weitaus einfacheren und weniger invasiven Methoden zu isolieren wäre, sind Stammzellen aus dem Fettgewebe (ADSC). Elektrogesponnene Nanofaserscaffolds mit paralleler Ausrichtung sind aufgrund ihrer Faserdicke im Nanometer-Bereich der Extrazellulärmatrix (ECM) des Skelettmuskels sehr ähnlich und damit eine geeignete Matrix für die Kultivierung von Skelettmuskelvorläuferzellen und die Induktion von Myofibrillen. Dabei ist neben der Verwendung von der ECM möglichst ähnlichen Biomaterialien ein nicht toxischer Spinning-Prozess für die spätere klinische Anwendung von hoher Bedeutung.Im Rahmen dieses Fortsetzungsantrags sollen Mb nach bereits erfolgte BMSC-Kokultivierung nunmehr auch ADSC auf PCL-Kollagen I-Nanofaserscaffolds dreidimensional ko-kultiviert und myogen differenziert werden. Die Herstellung der Nanofaserscaffolds erfolgt dabei mittels eines im aktuell laufenden Antrag neu etablierten Prozesses unter Verwendung von Essigsäure als neuem nicht-toxischen Lösungsmittel. Da mittels der ursprünglich untersuchten Wachstumsfaktoren (u. a. HGF) die anstrebten myogenen Effekte nur in geringem Umfang nachgewiesen worden waren, soll der Einfluss der zwischenzeitlich neu identifizierten myogen wirksamen Faktoren GDF-11, IGFBP 4, -5 und -6 auf die Differenzierung der jeweiligen Zellen in diesem 3D-Setting sowohl unter statischen als auch unter dynamischen Kulturbedingung mittels Bioreaktor untersucht werden. Im nächsten Schritt sollen die Nanofaserscaffolds durch Zusatz mit dem potentesten Wachstumsfaktor funktionalisiert werden. Weiterhin sollen die nun stabil spinnbaren Nanofaserscaffolds durch die Integration von PEO (Polyethylenoxid)-Opferfasern für die in vivo-Anwendung weiterentwickelt werden. Hiernach sollen die besiedelten Scaffolds in das sogenannte EPI-Loop-Modell der Ratte implantiert werden. Es handelt es sich hierbei um ein bereits durch den Antragsteller etabliertes neuartiges Gefäßschleifenmodell mit zusätzlicher Integration eines motorischen Nerven, wodurch neben einer Vaskularisation eine nervale Stimulation des gezüchteten Neo-Muskelgewebes ermöglicht wird.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Ehemaliger Antragsteller: Professor Dr. Justus P. Beier, bis 7/2017