Tissue Engineering einer vorderen Kreuzbandplastik auf der Basis resorbierbarer, gestickter Träger: Entwicklung einer Hybridstruktur bestehend aus einer biomechanischen, einer biointegrativen und einer vitalen Einheit

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Dr.-Ing. Annette Breier; Dr. Michael Meyer; Professorin Dr. Gundula Schulze-Tanzil
• Fachliche Zuordnung: Biomaterialien ; Leichtbau, Textiltechnik ; Orthopädie, Unfallchirurgie, rekonstruktive Chirurgie
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 352112919

Ein Ersatz des vorderen Kreuzbandes (engl. anterior cruciate ligament, [ACL]) auf Basis eines mittels Tissue Engineering gewonnenen autologen Konstrukts könnte unter der Voraussetzung, dass er den biomechanischen Belastungen im Gelenk standhält, zukünftig im Vergleich zu stark limitierten autologen Standards bevorzugt werden.Die Zielstellung des hier formulierten Fortsetzungsantrags ist die Erarbeitung einer für das Tissue Engineering des ACL geeigneten Hybridstruktur. Diese soll aus einer biomechanischen Interims-Einheit zur anfänglichen Kompensation auftretender Kräfte, einer biofunktionellen Einheit zur Verbesserung der Biointegration sowie einer vitalen Einheit bestehen. Letztere ist aufgebaut aus geweberelevanten Zelltypen und natürlich produzierter extrazelluläre Matrix unter Berücksichtigung der ACL Enthesis und Mittelsubstanz, wodurch eine verbesserte und beschleunigte Geweberegeneration in vivo zu erwarten ist. Ausgangspunkt für das Nachfolgeprojekt ist die in der ersten Projektlaufzeit als optimal erarbeitete triphasische Scaffoldstruktur und die darauf folgenden Funktionalisierungs- und Zellbesiedlungsstrategien.Die gestickten Scaffolds sollen mit funktionellen Einheiten (Zellbarriere, Leitstrukturen), die sowohl einer technologischen Entwicklung seitens des Stickprozesses als auch eine Anpassung und Optimierung der dafür verwendeten Materialkomponenten für die vorgesehene Anwendung bedürfen, ergänzt werden. Für die Verbesserung der Biointegration soll ein neuartiges Verfahren zur Fluorierung von Oberflächen in der Gasphase etabliert werden sowie verschieden Ansätze zur Infiltration der textilen Struktur mit Kollagenpräparationen. Hier soll ein stabiler Kollagenschaum mit einem interkonnektiven und z. T. auch gerichteten Porensystem erzeugt werden. Als weitere wissenschaftliche Fragestellung wird die Aufklärung der durch die Fluorierung deutlich erhöhten Zelladhäsion auf den Oberflächen der synthetischen Polymere angestrebt. Diese neuartigen Hybridstrukturen werden mit kleinen Sphäroiden besiedelt, deren Herstellung über die Hanging-Drop-Methode bereits im Vorgängerprojekt etabliert werden konnte. Die mit verschiedenen Zelltypen besiedelten Konstrukte sollen mit dem Mechanostimulator trainiert werden, wofür ein für alle einbezogenen Zelltypen geeignetes Mechanostimulationsprotokoll entwickelt werden muss. Der positive Effekt einer Kollagenbarriere auf die Bildung der Enthesis und zur Verhinderung von Zellmigrationen während der in vitro Ko-Kultivierung soll ermittelt werden. Ausgewählte optimierte Konstruktvarianten werden im dynamischen Nacktmausmodell im Hinblick auf die Ligamentogenese charakterisiert und abschließend im orthotopen Kaninchenmodell als ACL Ersatz getestet.Bis zum Ende der Projektlaufzeit soll eine für den Großtierversuch geeignete Konstruktvariante erarbeitet werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Neuseeland
• Kooperationspartner: Dr.-Ing. Ricardo Bernhardt; Professor Dr. Niels Hammer
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Gert Heinrich