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Muskuloskeletale Zellbiologie

Die Forschungsgruppe "Musculoskeletale Zellbiologie" untersucht die Biologie adulter Stammzellen, Immunzellen, endothelialer Vorläufer und Fibroblasten sowie deren mögliche Rolle bei der Regeneration des Muskel-Skelett-Gewebes. Wir untersuchen die Interaktion zwischen Zellen, Mechanik und der extrazellulären Matrix. Darüber hinaus konzentrieren wir uns auf Veränderungen der intrinsischen Zellfunktionen als Reaktion auf extrinsische Reize, wie z.B. Alter oder eine veränderte Immunantwort. Unser langfristiges Ziel ist es, neue Therapieansätze zur Verbesserung der Regeneration des Muskel-Skelett-Gewebes zu entwickeln, insbesondere bei beeinträchtigten Heilungsfällen.

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mobiLAB-4D - Mobile measuring system for 4D quality control of implant surfaces in the synchrotron

Ziel des mobiLAB-4D Projektes ist eine signifikante Reduktion möglicher Komplikationen nach Einsetzen eines Implantates.

Implant loosening due to metal particle exposure remains a major cause of revision arthroplasty. Using spatially resolved synchrotron XRF analyses of peri-implant cancellous bone and bone marrow, we were able to demonstrate metal-specific distribution and accumulation patterns. This characteristic metal accumulation in bone and inter-trabecular extracellular matrix is reproducible in our human 3D in vitro model. By combining ex vitro analyses of patient material with such advanced 3D in vitro systems, we aim to identify the mechanisms underlying implant loosening. Image: J Schoon et al., Adv Sci (Weinh). 2020 Aug 3;7(20):2000412. doi: 10.1002/advs.202000412. eCollection 2020 Oct.

Aufgrund der steigenden Zahl von Implantationen und des weiter zunehmenden zu erwartenden Lebensalters der Patienten werden auch die Anforderung an Implantatmaterialien immer größer. Die Auswirkungen der Oberflächenstruktur von Implantaten auf klinische Komplikationen, wie beispielsweise Infektionen oder mangelnde Integration in das umliegende Knochengewebe ist nur unzureichend verstanden. Insbesondere die Rolle von Nano- oder Mikropartikeln, die aus den Implantaten in das umliegende Gewebe gelangen, ist Gegenstand aktueller Forschung und Entwicklung sowie regulatorischer Neuerungen im Zusammenhang mit einer Risikobewertung. Die lokale Exposition gegenüber metallischen Abrieb- und Korrosionsprodukten ist ein bekanntes Problem in der Zahnprothetik und beim künstlichen Gelenkersatz (Rakow et al, Biomaterials. 2016; Schoon et al. Nanomedicine. 2017 & Schoon et al. Adv. Sci. 2020). Diese kann zu gesteigerter lokaler Inflammation oder zu Hypersensitivitätsreaktionen führen (Schoon et al. Front. Immunol. 2019, Ort et al. Front. Immunol. 2019). Dabei treten Entzündungsreaktionen des umliegenden Gewebes (Periimplantitis) sowie Qualitätsverlust des periimplantären Knochens (Osteolysen) ein, wobei Osteolysen zu einem frühzeitigen Versagen des Implantates führen können. Das übergeordnete Ziel des mobiLAB-4D Projektes ist eine signifikante Reduktion möglicher Komplikationen nach Einsetzen eines Implantates. Durch die Entwicklung neuartiger Implantatoberflächen sowie deren präklinische Prüfung hinsichtlich der Biokompatibilität soll dieses erreicht werden. Dazu werden eine Transporteinheit für organ-on-a-chip Systeme und eine Messkammer für zeitaufgelöste Messung im Synchrotron entwickelt. Das Projekt ist auf Zahnimplantate fokussiert, die Ergebnisse sind jedoch auch auf andere titanbasierte Implantate übertragbar (bspw. Hüft- und Knieimplantate). Die Entwicklung neuartiger Implantatoberflächen in Kombination mit einer aussagekräftigen, präklinischen in vitro Prüfung kann als Vorbild für zukünftige regulatorische Prozesse dienen.

Projektpartner: Xploraytion GmbH, Laser-Mikrotechnologie Dr. Kieburg GmbH & Fraunhofer IPK; Assoziierter Partner: Universitätsmedizin Greifswald, TissUse GmbH & A.K.TEK Medizintechnik GmbH 

Finanzierung: Dieses Projekt wird durch den Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) über die Investionsbank Berlin gefördert.

Dr.-Ing. Sven Geißler

Projektleiter - Zellbiologie