Projektbeschreibung
Mechanobiologische Optimierung der regenerativen Behandlung von Knorpeln
Arthrose beeinflusst die mechanische Festigkeit des Gewebes, wodurch Stöße schlechter abgefedert werden können und die Höchstbelastbarkeit der darunter liegenden Knochen minimiert wird. Gewebezüchtungsverfahren sind eine Lösung für Arthrose, da dabei mit Chondrozytenzellen angereicherte Hydrogel-/Gerüstkonstrukte in Knorpel mit degenerativen Schäden implantiert werden. Die mechanische Umgebung des zellbesiedelten Konstrukts spielt eine entscheidende Rolle bei der Qualität und Quantität der regenerierten extrazellulären Matrix. Im Rahmen des EU-finanzierten Projekts CREATION soll die Energieabsorption der Knorpel mit degenerativen Schäden durch eine Optimierung der Regeneration nach der Implantation von zellbesiedelten Konstrukten wiederhergestellt werden. Dabei soll ein In-silico-Rahmenkonzept für die mechanobiologische Modellierung der Knorpel-Implantat-Verbindung unter Belastung entwickelt werden. Anschließend wird das Modell genutzt, um Unterschiede zwischen der Energieabsorption von Konstruktionsimplantaten und nativen menschlichen Knorpeln zu minimieren.
Ziel
Knee cartilage defects and consequent degeneration contribute to the development of osteoarthritis (OA). OA affects the mechanical integrity of the tissue, whose main function is to absorb shock and minimize peak loads in the underlying subchondral bone.
Tissue engineering methods propose solutions to OA by implanting chondrocyte cell-enriched hydrogel/scaffold constructs within degenerative cartilage defects. By applying mechanical loads to stimulate the cells within the constructs, they initiate cartilage extracellular matrix (ECM) synthesis. The mechanical environment of the cell-seeded construct has a crucial role in defining the quality and quantity of the regenerated ECM. This will determine the mechanical performance of the cartilage tissue. Indeed, any repair method has to aim at restoring the unique cartilage mechanics, in particular, the energy absorption capacity.
This project aims at restoring energy absorption of degenerative cartilage by optimizing regeneration in cell-enriched construct implants. The goal will be pursued by developing an in-silico framework for mechanobiological modelling of the regeneration and degeneration in the cartilage-implant compound during loading. Unique in the in-silico framework is the simultaneous modelling of regenerative and degenerative processes through adaptive modelling of the ECM. An innovative regeneration algorithm will be developed and integrated with a previously developed degeneration model. The adaptive model will then be used in an optimization scheme to minimize differences between energy absorption of construct implant and native human cartilage. An iterative performance evaluation is foreseen in comparison with biological experiments.
In collaboration with the participating research groups and using my background, I will have a unique chance to take a step forward in furthering insights on OA disease process. The anticipated collaborations and training will contribute to making me a mature researcher.
Wissenschaftliches Gebiet
Schlüsselbegriffe
Programm/Programme
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MSCA-IF - Marie Skłodowska-Curie Individual Fellowships (IF)Koordinator
3000 Leuven
Belgien