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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Zelltherapien zur Muskelregeneration

Wir untersuchen die Anwendung adulter Stammzellen zur Verbesserung des regenerativen Ergebnisses von Skelettmuskelgewebe nach schweren Traumata unter Verwendung klinisch relevanter Tiervmodelle.

Severely injured skeletal muscle tissues suffer from necrotic muscle fibers, accumulation of fatty scar tissue and therefore a loss in muscle function. Left alone, the native healing processes are unable to efficiently repair traumatized muscle tissue. In our group, we focus on reinforcing the native healing processes by delivering desirable proteins and cells using porous and injectable biomaterial scaffolds.

Unsere Arbeit ist motiviert durch einen akuten Mangel an tragfähigen Behandlungsmöglichkeiten zur Behandlung von Muskelverletzungen und zur Förderung ihrer Regeneration in der Klinik. Gemeinsam mit unseren klinischen Partnern am Charité Center for Musculoskeletal Surgery (CMSC) haben wir ein klinisch relevantes Muskelverletzungsmodell entwickelt, das aus mehreren schweren Crush-Traumata in den soleus Muskeln von Sprague Dawley Ratten besteht. Wir verwenden dieses Modell, um die Wirksamkeit verschiedener zell-, wachstumsfaktor- und biomaterialbasierter Therapien zu untersuchen und den zeitlichen Verlauf der Regeneration zu analysieren, sowohl in Bezug auf die funktionelle Wiederherstellung der kontraktilen Stärke als auch auf den strukturellen Umbau von verletztem Gewebe. Unser besonderes Interesse gilt der Verwendung von MSCs (Mesenchymal Stromal Cells = adulte Stammzellen), um ihre einzigartigen trophischen und immunmodulatorischen Eigenschaften zu identifizieren und zu nutzen. Unsere Forschungsaktivitäten haben uns veranlasst, einzigartige Mikroumgebungen zu identifizieren, die von Biomaterialien dargestellt werden, die die therapeutische Wirkung von MSCs in vitro verbessern können. Wir erweitern derzeit diese Ergebnisse in vivo, um zu beurteilen, ob die Kombination von MSCs und einem Biomaterial ausreicht, um a) die strukturelle Gewebeintegrität wiederherzustellen, b) das Überleben und die Sekretion von MSC zu unterstützen und c) die Gesamteffizienz der Behandlung zu verbessern (Abb.). Gleichzeitig wollen wir die Rolle der Verletzungsumgebung bei der Muskelheilung untersuchen und wie diese durch MSC-Transplantation mit Hilfe von menschlichen Biopsien und Tiermodellen verändert wird. Der Vergleich der gewonnenen menschlichen Daten mit den spezifischeren Ergebnissen aus unserem Tiermodell wird dazu beitragen, festzustellen, ob die parakrine Signalübertragung die dominante Wirkungsweise der MSCs bei der Muskelregeneration ist.

Mit unseren Mitarbeitern an der Freien Universität Berlin untersuchen wir auch die parakrinen Effekte von MSCs auf Muskelzellpopulationen einschließlich Satellitenzellen und fibro-adipogene Vorläuferzellen mit Hilfe mechanisch-mimetischer Hydrogelplattformen.

Zusammenfassend sollte es uns dadurch möglich sein, die dominante Wirkungsweise von MSCs weiter zu charakterisieren und möglicherweise neue therapeutische Ziele zu identifizieren, z.B. die gezielte Erschöpfung spezifischer Immunzellen oder andere molekularbiologische Interventionen.

Dr.-Ing. Sven Geißler

Projektleitung - Zellbiologie

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