Angiogenese und Immuno-Mechanik

Die extrazelluläre Matrix (ECM) passt sich kontinuierlich den jeweiligen Anforderungen an und diese Dynamik ist in der Gewebeentwicklung, für die Wundheilung aber auch für die ganz reguläre Gewebehomöostase essentiell. Mechanische Randbedingungen (Wolff’sches Gesetz) bilden essentielle Stimuli für diesen dynamischen Prozess und die physikalischen Eigenschaften der Matrix determinieren auch zelluläres Verhalten. Gemeinsam mit der Gruppe Zelluläre Biomechanik & Biomaterialien (A. Petersen) versuchen wir am Beispiel des dynamischen Prozesses der narbenfreien Heilung von Knochen die Grundprinzipien des Gewebeumbaus zu entschlüsseln. Um das Wechselspiel von Zellen und Matrix zu entschlüsseln, nutzen wir neuartige Sonden, die an der ETH von V. Vogel entwickelt wurden und nun erstmals erlauben das mechanische Wechselspiel von Zellen mit nativen und synthetischer ECM zu beobachten.

Die Entwicklung eines funktionellen Gefäßnetzes spielt eine Schlüsselrolle in Heilungsprozessen. Dennoch wissen wir wenig über die Mechanismen der frühen Gefäßbildung in der Regeneration. Am Beispiel der Knochenheilung versuchen wir das Wechselspiel von extrinsischer (Gewebe-) Mechanik und der Biomechanik in den sich bildenden Gefäßen in der frühe Phase Heilung zu entschlüsseln. Für diese Prozesse der frühen Selbstorganisation am Beginn der Heilung ist Energie nötig, die aber nach Ruptur der Gefäße nicht über eine lokale Blutversorgung zur Verfügung gestellt werden kann. Die frühen metabolischen Kaskaden am Beginn der Heilung und die Selbstorganisation von Gefäßstrukturen sind Fokus unserer Forschung.

Wir konnten die Bedeutung der frühen Heilungsphasen für den späteren Erfolg der Heilung (oder die Ausbildung eines Ersatzgewebes, eine Narbe) aufzeigen. Der Wechsel von einer Pro- zu einer Anti-Inflammation ist essentiell für den erfolgreichen Heilungsverlauf für Knochen- und Muskelregeneration. Gemeinsam mit der Gruppe „Knochenheilung“ (K. Schmidt-Bleek) und „Musculoskeletale Zellbiologie“ (S. Geissler) entwickeln wir lokale Immunmodulationen zur Beschleunigung der Knochen- und Muskelheilung. In einer Partnerschaft mit der Gruppe um D. Mooney (Harvard, Wyss Institute) entwickeln wir aus Biomaterialien Immunzellfallen, die vergleichbar zu Zelltherapien, die lokale Immunbalance hin zu einem pro-regenerativen Milieu verschieben. Mit dieser Strategie möchten wir lokale Immuntherapien für breitere Anwendungsfelder verfügbar machen, als es derzeit die Car-T Cell Therapies ermöglichen.