Angiogenese und Immuno-Mechanik

Heilung beginnt mit der selbstständigen Organisation von Zellen in der Wunde, um wieder ein strukturiertes Gewebe entstehen zu lassen und die durch die Verletzung verloren gegangene mechanische Stabilität und intrinsische Vorspannung der verletzten Matrix wieder herzustellen. Unser Ziel ist es, diese selbstständige Organisation von Fibroblasten, Gefäßvorläufern, Immunzellen und mechanischer Instabilität in der komplexen Umgebung des Gewebes zu entschlüsseln. Ein besseres Verständnis dieses Wechselspiels bildet die Grundlage für neuartige Therapieansätze in der muskuloskeletalen Regeneration.

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Regenerationsförderung
Steuerung der lokalen Immunantwort bei der Knochenheilung

Ziel des Projekts ist es, ein Biomaterial zu entwickeln, das minimal-invasiv in den Körper eingebracht werden kann und als lokaler Manipulator des Immunsystems fungiert und eine mögliche Eskalation der Entzündungsreaktion während der Regeneration verhindert.

Intelligente Biomaterialien zur lokalen Immunmodulation zur Steuerung der intrinsischen Heilungsreaktion bei der Knochenheilung

Ein Rasterelektronenmikroskopiebild zeigt ein antigenfreisetzendes Material, das antigenspezifische T-Zellen zu ischämischen Verletzungsstellen rekrutieren kann. Quelle: Wyss Institute an der Harvard University

Bis zu 15% der Patienten mit einer Fraktur leiden unter einem verzögerten und/oder unvollständigen Heilung. Die Behandlung kann mehrere Monate dauern und Kosten zwischen 8.000 € bis 91.000 € pro Fall verursachen. Da das Risiko einer verzögerten Frakturheilung vor allem im frühen Erwachsenenalter besteht, werden die meisten Patienten monatelang am Arbeitsplatz fehlen und im täglichen Leben beeinträchtigt sein, was hohe sozioökonomische Auswirkungen für sie haben kann.

Neben der Abwehr von Bakterien und Viren erfüllt das Immunsystem zusätzlich wichtige Funktionen in der Gewebehomöostase, bei Krankheitsprozessen und in der Regeneration. Die Wichtigkeit des Immunsystems für die Regeneration ist bei Axolotl sehr schön erkennbar. Axolotl können nach einer Amputation ein ganzes Glied nachwachsen lassen. Experimentell konnte dann gezeigt werden, dass das Fehlen von Macrophagen während des Heilungsprozesses ausreicht, um das enorme Regenerationspotenzial zu Nichte zu machen und Axolotl nicht mehr in der Lage sind Gliedmaßen nachwachsen zu lassen. Auch in der Knochenheilung besteht eine enge räumliche und funktionelle Verbindung zwischen dem Immunsystem und dem Knochengewebe. So stellt das Knochenmark den Geburtsort der Immunzellen dar und Knochenzellen teilen sich auch in der Entwicklung gemeinsame Vorläuferzellen mit Immunzellen. Nach einer Fraktur des Knochens beginnt der Heilungsprozess zuerst mit einer inflammatorischen Phase, die dann später in eine anti-inflammatorische Phase übergeht. Ein schlechter Heilungsverlauf ist oft mit einem verzögerten Übergang von der inflammatorischen zur anti-inflammatorischen/regenerativen Phase verbunden.

Ziel des Projekts ist es daher, ein Biomaterial zu entwickeln, das minimal-invasiv in den Körper eingebracht werden kann, um dort lokal die Antwort des Immunsystems auf den Knochenbruch zu modulieren. Beispielsweise soll die inflammatorische Phase in Schach gehalten werden. In Zukunft hoffen wir, dass die gewonnenen Erkenntnisse und Methoden nicht nur für die Knochenheilung anwendbar sind, sondern auch für Gewebe mit geringerem intrinsischen Heilungspotential.