Eine Knochenreparatur auf Naturbasis
Osteoporose-Erkrankungen und durch Krebsmetastasen verursachte Gesundheitsschäden sind eine hohe Belastung für die zunehmend älter werdende europäische Bevölkerung. Im Rahmen des EU-finanzierten Projekts INNOVABONE (Novel biomimetic strategy for bone regeneration) wurden daher optimale Materialien entwickelt, die den natürlichen Knochenreparaturprozess imitieren. Intelligente bioaktive Scaffolds für Knochenverletzungen beherbergen gentechnisch hergestellte Elastin-ähnliche Polymere mit einer molekularen Architektur, die Zellhaftung, Wachstumsfaktoren und Kalziumphosphat-Nanopartikel bieten. Das biokompatible, injizierbare, auf rekombinatorischen Elastin-ähnlichen Proteinen basierende Material ist bei geringen Temperaturen flüssig und erreicht bei Körpertemperatur einen gelartigen Zustand. Die Proteine beinhalten Zellhaftungssequenzen und Wachstumsfaktoren mit kontrollierten Mengen an Kalziumphosphat-Nanopartikeln, die gemeinsam die Reparatur und Heilung von Knochen verbessern. Die Forscher stellten künstlich erfolgreich biologisch abbaubare Gerüste für die 2-Photonen-Polymerisation her. Im Zuge von INNOVABONE wurde unter Verwendung eines kostengünstigen Bioreaktors für die langfristige Zellkultur über die Anwendung einer dynamisch-mechanischen Analyse die Qualität von vier unterschiedlichen Gerüst-Polymer-Kombinationen getestet. Das Team entwickelte ferner eine App für das Lebenszyklus-Management von Datenproben, um die wissenschaftlichen Experimente zu verfolgen. Es wurde eine vollständig integrierte Plattform für Echtzeit-Tests des in-vitro-Abbaus sowie der in-vitro- und in-vivo-Knochenreparatur und -heilung entwickelt. Über in-vivo-Modelle wurden Immun- und Entzündungsreaktionen auf Biomaterialien aufgrund von Fremdkörpern bewertet. Die Ergebnisse zeigten, dass die Gel- und Gerüstmaterialien keine Fremdkörperreaktionen induzieren. Die Gerüstmaterialien induzierten lediglich minimale Entzündungsreaktionen und Fibrosen, was bedeutet, dass diese geeignete Kandidaten für Knochenuntersuchungen wären. Schulungen, die ein Grundbestandteil des Projekts waren, förderten Gespräche zwischen Beteiligten und Forschern in Europa. Um Fortschritte sicherzustellen, die über die Laufzeit des Projekts hinausreichen, wurde auf Grundlage des im Zuge der INNOVABONE-Initiative Erreichten eine regulatorische Leitlinie bereitgestellt. Die Kombination aus Fachkenntnissen in den Bereichen Herstellungsverfahren, Materialwissenschaften und Zellbiologie hat bereits zu einer Vielzahl an Informationen über Biomaterialien für das neue medizinische Gerät geführt. Das INNOVABONE-Produkt verspricht die enorme soziale und ökonomische Belastung zu senken, die auf vor allem infolge von Osteoporose auftretenden Knochenverletzungen zurückzuführen ist. Die Miteinbeziehung der Industriepartner des Konsortiums könnte eine schnelle Kommerzialisierung ermöglichen.
Schlüsselbegriffe
Biologisch abbaubare Scaffolds, Osteoporose, biomimetisch, Elastin ähnliche Proteine, Nanopartikel, Knochenheilung, INNOVABONE, Kommerzialisierung
