Computergestützte Mechanobiologie

Die Gewebe des Bewegungsapparates sind exquisit designed und verfügen über hervorragende mechanische Eigenschaften. Die Gewebe sind auch in der Lage, sich an wechselnde mechanische Bedingungen anzupassen. Die Gruppe Computational Mechanobiology konzentriert sich darauf, diese beiden spannenden Aspekte zu verstehen. Mit Hilfe von Computermodellierungstechniken versuchen wir, das mechanische Verhalten von Geweben und ihre adaptive und regenerative Reaktion auf mechanische Reize in den verschiedenen Zeit- und Längenskalen zu verstehen.

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Einfluss biologischer Stimuli auf die Knochenheilung

Welchen Einfluss haben biologische Faktoren auf die mechanische Regulierung von Gewebedifferenzierung während der Knochendefektheilung?

Es ist bekannt, dass mechanische Stabilität die Knochenheilungsprozesse, z.B. die intra-membranöse und enchondrale Ossifikation beeinflusst. Obwohl die Mechano-regulation der Knochenheilung umfangreich analysiert wurde, ist wenig bekannt über deren Rolle im Rahmen verzögerter Heilung oder der Defektregeneration. Darüber hinaus haben aktuelle Studien gezeigt, dass biologische Stimuli wie BMPs in ihrer Effektivität durch mechanische Rahmenbedingungen beeinflusst werden.

Das Ziel des von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) geförderten Projektes ist zu analysieren, wie biologische Stimuli die mechanische Regulation der Knochenheilung beeinflussen: In welchem Ausmaß stimmt die lokale mechanische Kondition (Dehnungsverteilung) mit der Gewebeverteilung im Kallus überein? Ist die Mechano-regulation grundsätzlich unterschiedlich in einer ungestörten Heilung, einer Defektheilung und einer stimulierten Defektheilung. Wir haben zwei spezifische biologische Stimuli ausgewählt, BMP-2 und GDF-5, um die Regulation der enchondralen und intra-membranösen Knochenformation analysieren zu können. Die mechanischen Konditionen im Kallus werden mit Hilfe von Finite Elemente Analysen und umfangreichen Materialanalysen charakterisiert. Diese Untersuchungen erlauben ein Grundverständnis der Regulation von biologischen und mechanischen Stimuli und deren Bedeutung für die Knochenregeneration. Im Hinblick auf die Klinik erwarten wir ein besseres Verständnis der mechanischen Bedingungen unter denen biologische Stimuli effektiv wirken können.