Bessere Gewebegerüste zum Aufbau neuer Knochen
Der Aufbau neuer bzw. die Heilung verletzter Knochen ist mit dem Bau eines Haus vergleichbar. Dabei wird jeweils geeignetes Werkzeug für die Herstellung von Ziegeln und Mörtel, die Installationsarbeiten und die Belüftung benötigt. Zur Regeneration von Knochengewebe muss daher zunächst eine Art dreidimensionales, poröses Biogerüst aufgebaut werden, um das Anwachsen neuer Zellen zu verbessern und eine ausreichende Versorgung der Kapillargefäße mit Sauerstoff und Blut zur Nährstoffversorgung und zum Abtransport von Abfallstoffen. Das Projekt "Intelligent and reinforced tissue scaffolds for regenerative biomedicine" (Biosca) trug zur Entwicklung einer neuen Generation biokompatibler Werkstoffe bei. Diese wiesen sowohl die erforderliche Reaktivität zur Unterstützung des Zellwachstums als auch genügende Porosität für eine 3D-Kolonisation der tiefen Bereiche des Gerüsts auf. Zunächst entwickelten die Wissenschaftler neue Bioverbundwerkstoffe auf Basis von Kohlenstoffnanoröhren und mesoporöser Kieselerde. Dadurch wurde die Leitfähigkeit verachtfacht (um den Faktor 100 Millionen vervielfacht). Dies führte zur elektrischen Stimulation und Aktivierung von knochenbildenden Zellen (osteoblastenähnlichen) Zellen durch viel geringere Ströme. Darüber hinaus bildete die Erforschung von Hydroxylapatit (HA)-Systemen für die Knochenregeneration und Knochenimplantatintegration einen Schwerpunkt des Projekts. HA ist ein in der Natur vorkommendes kalziumhaltiges Mineral und einer der Bestandteile der Knochenmatrix. Es wurden neue HA-Beschichtungen entwickelt, deren Oberfläche durch Poren vergrößert wurden (so wie ein Glasträger mit zahlreichen kleinen Hohlräumen mehr Wasser fasst als einer ohne Hohlräume). So wurde also nicht nur die Kontaktoberfläche für das neue Knochengewebe vergrößert, sondern es konnten auch biologisch aktive Moleküle wie Wachstumsfaktoren aufgebracht werden, die das Anwachsen und das Wachstum der Zellen weiter verbessern könnten. Durch die Porosität werden die Sauerstoffzufuhr des Gewebes und die Versorgung durch Kapillargefäße verbessert. Diese sind für die Gesunderhaltung des Gewebes wesentlich. In-vivo-Experimente mit neuen HA-3D-Schäumen wiesen zusätzlich zu ihren biochemischen Eigenschaften verbesserte mechanische Eigenschaften auf. Insgesamt erzielte das Biosca-Projekt bedeutende Fortschritte auf dem Gebiet der Knochenregeneration mit zusätzlichen Einsatzgebieten von der Schwermetallausleitung bis zur Tumortherapie. Weitere Erforschung und Vermarktung dieser Innovationen könnte die Lebensqualität von Millionen Menschen, die an Erkrankungen des Bewegungsapparates leiden, steigern und europäischen Unternehmen im Bereich der Biowissenschaften einen Wettbewerbsvorteil verschaffen.
