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Neuartiges Biomaterial lässt neue Blutgefäße wachsen und regeneriert Knochen

Es gibt neue Hoffnung für Patientinnen und Patienten mit großen Knochendefekten. Forschende haben ein Biomaterial entwickelt, das helfen kann, Knochendefekte zu reparieren und der natürlichen Heilungsfähigkeit des Körpers standzuhalten.

Gesundheit

Ein neues Biomaterial, das von Forschenden aus Irland entwickelt wurde, kann bei Erkrankten mit großen Knochendefekten zum Nachwachsen von Blutgefäßen und Knochen beitragen. Knochen haben eine angeborene Fähigkeit zur Regeneration bei Verletzungen, aber große Knochendefekte, die durch Traumata, Krankheiten oder Tumorresektion verursacht werden, können nicht von selbst heilen und bleiben eine große klinische Herausforderung. Die Forschung wurde vom Royal College of Surgeons in Irland (RCSI) geleitet. Dieses hatte in früheren Arbeiten herausgefunden, dass ein Protein-kodierendes Gen namens Plazenta-Wachstumsfaktor (PGF) neue Blutgefäße wachsen ließ und die Knochenregeneration in verschiedenen Dosierungen unterstützte. Mit Unterstützung des EU-finanzierten Projekts ReCaP nutzten die Forschenden dieses Wissen zur Entwicklung eines Biomaterials, das verschiedene Dosen des Plazenta-Wachstumsfaktors abgibt, um Knochendefekte zu reparieren, die nicht spontan heilen können. Die Studie wurde in der Fachzeitschrift „Journal of Controlled Release“ veröffentlicht. Das Biomaterial ahmt die natürliche Knochenregeneration nach und setzt Plazenta-Wachstumsfaktoren in einer anfänglich hohen Dosis frei, um das Wachstum der Blutgefäße zu fördern, gefolgt von einer niedrigeren anhaltenden Dosis an Plazenta-Wachstumsfaktoren, um die Knochenregeneration zu fördern. Das Forschungsteam integrierte hierzu mit Plazenta-Wachstumsfaktoren beladene Mikropartikel in ein Kollagen-/Hydroxyapatit-Gerüst, das bereits direkt eingebaute Plazenta-Wachstumsfaktoren enthält. Während In-vitro-Tests des Biomaterials nur ein mäßiges Nachwachsen des Knochens zeigten, führte es bei der Implantation in Ratten mit Knochendefekten zu einer robusten Knochenregeneration. „Weitere Tests sind erforderlich, bevor wir mit klinischen Studien beginnen können, aber wenn sie sich als erfolgreich herausstellen, könnte dieses Biomaterial den Patientinnen und Patienten bei der Reparatur von Knochendefekten zugute kommen, indem es eine Alternative zu aktuellen Systemen darstellt“, erklärte Prof. Fergal O’Brien, Leiter des Projekts ReCaP vom RCSI in einer Pressemitteilung bei „EurekAlert!“.

Ein mechanobiologisch fundierter Ansatz

Die Forschenden gingen für diese Ergebnisse von der Hypothese aus, dass das aufstrebende wissenschaftliche Gebiet der Mechanobiologie zur Identifikation potentieller Behandlungen genutzt werden kann, welche die Knochenregeneration fördern. Die Mechanobiologie konzentriert sich darauf, wie physikalische Kräfte und Veränderungen der mechanischen Eigenschaften von Zellen das Zellverhalten, die Zell- und Gewebedifferenzierung und damit verbundene Erkrankungen beeinflussen. „Durch die Verwendung eines mechanobiologisch fundierten Ansatzes konnten wir einen vielversprechenden neuen therapeutischen Kandidaten für die Knochenreparatur identifizieren und auch die optimalen erforderlichen Konzentrationen bestimmen, um sowohl die Angiogenese als auch die Osteogenese innerhalb eines einzigen Biomaterials zu fördern“, beobachtete der Erstautor der Studie, Dr. Eamon Sheehy vom RCSI und Trinity College Dublin in der Pressemitteilung. „Die Regeneration großer Knochendefekte bleibt eine bedeutende klinische Herausforderung, aber hoffentlich wird sich unser neues Biomaterial in weiteren Studien als vorteilhaft erweisen.“ Neben der Reparatur von Knochendefekten bietet der mechanobiologisch fundierte Ansatz des Teams für die regenerative Medizin auch „einen neuen Rahmen für die Bewertung regenerativer Biomaterialien für andere Gewebezüchtungsverfahren“, bemerkte Prof. O’Brien. „Wir wenden dieses Konzept der ‚mechanobiologisch fundierten regenerativen Medizin‘ jetzt an, um neue Therapeutika in anderen Bereichen zu ermitteln, einschließlich Knorpel- und Rückenmarkreparatur.“ Das Projekt ReCaP (Regeneration of Articular Cartilage using Advanced Biomaterials and Printing Technology) zielt darauf ab, eine bahnbrechende, neuartige Technologie zu entwickeln, welche die Behandlung von Gelenkverletzungen revolutionieren wird. Das Projekt endet im Juli 2023. Weitere Informationen: ReCaP-Projekt

Schlüsselbegriffe

ReCaP, Knochen, Blutgefäß, Regeneration, Defekt, Biomaterial, Mechanobiologie