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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Toxikologische Bewertung von Implantatmaterialien

Wir untersuchen die Ursachen für aseptisches Implantatversagen durch Verschleiß und Korrosion, um eine hohe Sicherheit der Patienten zu gewährleisten.

Repräsentatives TEM-Bild von nanoskaligen Verschleißpartikeln aus einem zementfreien Hüftimplantat mit Metall-auf-Metall-Gelenk.

Neben septischen Komplikationen ist ein weiteres großes Problem in der Gelenkarthroplastik das frühzeitige aseptische Implantatversagen, das durch Verschleiß und Korrosionsprodukte aus Implantatmaterialien verursacht wird. Um den verantwortlichen Auslöser und seine Schwellenwerte für unerwünschte Wirkungen zu identifizieren, haben wir Verfahren zur Beurteilung der Exposition gegenüber metallischen Verschleißprodukten in intraoperativ entnommenen Proben etabliert. Dies umfasst die Metallspiegel-Bestimmung in verschiedenen Geweben der periprothetischen Region sowie die physikalisch-chemische Charakterisierung von in vivo erzeugten Verschleißpartikeln. Darüber hinaus analysieren wir Primärzellen des Bewegungsapparates in einem Aufbau für Zytotoxizitätstests, um die Funktionalität und Lebensfähigkeit der Zellen nach In-vivo-Exposition gegenüber Verschleißprodukten oder nach In-vitro-Exposition in klinisch relevanten Metallkonzentrationen zu bewerten. Indem wir mehr über die Biokompatibilität von häufig und neu verwendeten orthopädischen Implantatmaterialien erfahren, verfolgen wir das übergeordnete Ziel, ein hohe Sicherheit der Patienten zu gewährleisten.

Ausgewählte Publikationen

  • Schoon J, Geissler S, Traeger J, Luch A, Tentschert J, Perino G, Schulze F, Duda GN, Perka C, Rakow A

    Multi-elemental nanoparticle exposure after tantalum component failure in hip arthroplasty: In-depth analysis of a single case


    Porous tantalum components are widely used for complex acetabular reconstructions in revision hip arthroplasty. Multiple other metal alloys such as titanium-aluminum-vanadium or cobalt-chromium-molybdenum are principally used in artificial joint setups. We report a case of tantalum component failure being both cause and effect of a multiple metal exposure. Our aims were to assess and to characterize associated particle exposure and biological consequences. Metal level quantification revealed substantial in vivo exposure to particulate and dissociated tantalum, zirconium, chromium, cobalt, molybdenum, titanium, aluminum and vanadium in periprosthetic compartments. Aside from micron-sized particles, nanoparticles of a broad size range and elemental composition were obtained. Histological exams verified a spectrum of necrotic changes in the periprosthetic tissues. In the presented case tantalum release was accompanied by concomitance of particles originating from other utilized metals. We conclude that an overall in vivo exposure assessment is mandatory for realistic appraisal of metal toxicity and associated risks.

    Nanomedicine 2017; 13(8):2415-2423.

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Dr.-Ing. Sven Geißler

Projektleitung - Zellbiologie

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