Zelluläre BioMechanik & BioMaterialien

Wir untersuchen die Interaktion zwischen Zellen, ihrer umgebenden Matrix und Biomaterialien für die Entwicklung neuer Behandlungsstrategien für den Bewegungsapparat. Wir entwerfen Mikroumgebungen, die spezifische mechanische, geometrische und biochemische Signale liefern, um endogene Heilkaskaden zu unterstützen und zu kontrollieren.

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Zellorganisation und extrazelluläre Matrixstrukturierung

Zellorganisation und extrazelluläre Matrixbildung in porösen Biomaterialien

Biomaterialien werden klinisch eingesetzt, um die Gewebeheilung zu unterstützen. Die Art und Weise, wie sich Gewebe innerhalb der Biomaterialporen bildet, ist jedoch nicht vollständig verstanden. Der Prozess wird oft als ein schichtweiser Wachstumsprozess beschrieben, bei dem sich Zellen vermehren und die Pore von der Biomaterialwand bis zum Porenzentrum füllen. Die von den Zellen erzeugten Traktionskräfte beeinflussen jedoch die Organisation der Zelle und der extrazellulären Matrix (ECM) stark, insbesondere in frühen Phasen der Gewebebildung. Wir verwenden makroporöse Kollagen-Biomaterialien und vereinfachte 3D-Strukturen, die die Porenarchitektur des Biomaterials reproduzieren, um die Rolle von Zellkräften und Gewebekontraktion bei der extrazellulären Matrixstrukturierung zu untersuchen. Unser Ziel ist es zu verstehen, wie die Porenarchitektur eines Biomaterials genutzt werden kann, um ECM-Muster zu erhalten, die die Geweberegeneration, z.B. bei Knochen- oder Knorpeldefekten, strukturell steuern und damit unterstützen.

Werden die mechanischen oder strukturellen Eigenschaften der extrazellulären Matrix durch Wachstumsfaktoren verändert?

Im Gegensatz zum umfangreichen Verständnis, wie Bone Morphogenetic Proteins (BMPs) das Zellverhalten beeinflussen, ist wenig über ihren Einfluss auf die extrazelluläre Matrixbildung in frühen Phasen der Geweberegeneration bekannt. Unter Verwendung makroporöser Biomaterialien als 3D-Umgebung untersuchen wir den Prozess, wie primäre Zellen eine extrazelluläre Matrix in Gegenwart oder Abwesenheit von BMP2 aufbauen. Wir sind besonders an BMP2-induzierten Veränderungen der biochemischen und mechanischen Matrixeigenschaften interessiert. Damit wollen wir ein besseres Verständnis alternativer Wege finden, wie BMPs neben der Chemoattraktion und Differenzierung von Stammzellen die Regeneration von Knochengewebe beeinflussen.