Forschungsgruppe Gradierte Implantate FOR 2180

Die Implantatforschung konzentriert sich in den letzten Jahren verstärkt auf funktionale Gewebeimplantate für homogen aufgebaute Gewebearten. Weniger gut erforscht sind Implantate für Bereiche, die sich zwischen Geweben mit sehr unterschiedlichen Eigenschaften wie z.B. am Sehnen-Knochen-Übergang befinden. Natürliche Gewebeübergänge weisen Gradienten auf: Gradienten der Struktur, der Zusammensetzung und der daraus folgenden Funktionalität, die sich in der Änderung der mechanischen Eigenschaften widerspiegeln. Dieser komplexen Situation trägt das von der hier vorgestellten Forschungsgruppe geplante neuartige, gradierte zellfreie Implantat Rechnung. Endogene Stammzellen des Wirtes bzw. Empfängers sollen durch das Implantat zur Bildung eines Sehnen-Knochen-Übergangs angeregt werden und nach Abbau des Implantats einen funktionsfähigen („regenerierten“) Übergang zurücklassen. Ziel der Forschungsgruppe ist es, die prinzipielle Machbarkeit und modellhafte Herstellung eines gradierten Implantats für einen zukünftigen Einsatz am Sehnen-Knochen-Übergang der Rotatorenmanschette aufzuzeigen. Als Grundmaterial dienen elektrogesponnene Fasermatten aus bioabbaubaren Polymeren (insbesondere auf Basis von Polycaprolacton) mit einem gerichteten („sehnenseitig“) bzw. ungerichteten („knochenseitig“) Faserverlauf. Die Fasermatten werden durch geeignete Maßnahmen in ihrer Porosität und Permeabilität so eingestellt, dass das Überleben und die Funktion einwandernder Zellen gefördert werden sowie der Transport von Nährstoffen und Stoffwechselprodukten möglich ist. Weiterhin werden die mechanischen Eigenschaften an die in vivo-Situation angepasst. An ihrer Faseroberfläche werden die Matten modifiziert und mit variierenden Anteilen an Nanopartikeln funktionalisiert: Polymernanopartikel dienen als Freisetzungssystem für biologisch aktive Proteine. Neben Bone Morphogenetic Protein (BMP)-2 und Transforming Growth Factor (TGF)-β3 wird als neuartiger Faktor Smad8 Linkerregion + Mad Homology Region 2 (Smad8 L+MH2) genutzt. Dabei handelt es sich um einen modifizierten Transkriptionsfaktor, welcher die Zellen zur Bildung von Sehnenzellen und -gewebe anregt. Durch die gezielte Gestaltung der Nanopartikel und der Methoden zu ihrem (gradierten) Aufbringen auf die Fasermatte wird die Freisetzungskinetik eingestellt. Zum Erreichen einer besonders langfristigen Wirkung sollen auch BMP-2-Aggregate und amyloidartige Varianten von Smad8 L+MH2 untersucht werden. Die knochenseitige Fixierung des Implantats erfolgt mit Hilfe eines kommerziellen Knochenankers. Sehnenseitig ist eine Annaht vorgesehen. Die Bildung eines regenerierten Übergangs nach Einsetzen des Implantats wird im Rahmen der Forschungsgruppe in Klein- und Großtiermodellen verifiziert. Die in vivo vorhandenen Gradienten werden in der FOR 2180 somit in Gradienten der mechanischen Eigenschaften, begleitet von räumlich und zeitlich gradierter Freisetzung von biologisch aktiven Proteinen, übersetzt.