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Magnetfeldgesteuerte Regeneration von Knochengewebe

Schwerpunkt des Forschungsprojekts MAGISTER war die Entwicklung einer neuen magnetischen Trägermatrix (Scaffold). Mit den so genannten MagS kann die Geweberegeneration in einem Organismus individuell gesteuert werden. Generiert wurden Scaffolds für vielseitige Anwendungen und Behandlungsformen zur Reparatur größerer Knochenschäden.
Magnetfeldgesteuerte Regeneration von Knochengewebe
Die medizinische Geweberegeneration bietet viele Möglichkeiten zur funktionellen und strukturellen Wiederherstellung von geschädigtem Gewebe. Einer der Ansätze besteht in der Besiedlung eines 3D-Gerüsts mit Zellen, die sich daran anheften und vermehren. Mit Wachstumsfaktoren (growth factors, GF) kann die Proliferation und Differenzierung der Zellen auf dem Scaffold beschleunigt werden.

MagSs haben im Vergleich zu anderen Materialien und Methoden einzigartige Eigenschaften und erlauben die gezielte Freisetzung oder optimierte Dosierung von GF, die mechanische Stimulation ausgesäter Zellen sowie die individuelle Konfiguration der Gerüstkonstruktion.

'Magnetic scaffolds for in vivo tissue engineering' (MAGISTER) ist ein 4-jähriges EU-finanziertes Projekt und entwickelte erfolgreich innovative praktische MagS-Anwendungen für die Gewebezüchtung und –regeneration.

Konzipiert und hergestellt wurden viele biokompatible magnetische Materialien als Ausgangsbasis für die Scaffolds. Hydroxylapatit, Gelatine und Korallenpolymere wurden mit magnetischen Nanopartikeln (MNP) imprägniert, die entweder direkt vom Konsortium hergestellt worden oder bereits kommerziell verfügbar waren. Aus einem Huminsäure-Magnetit-Kompositum gelang es, neue, vollständig biologisch abbaubare und biokompatible Materialien herzustellen.

Ebenfalls entwickelt wurden neue MNP-BIOAGs (bio-agents aggregates) für die kontrollierte Verabreichung sowohl des Wachstumsfaktors VEGF (Vascular Endothelial Growth Factor) als auch von Stammzellen. Die Technologie kombiniert die MNP-Herstellung mit einer innovativen Methode der Oberflächenfunktionalisierung mit so genannten Dendronen, neuen biokompetenten und hochverzweigten Peptiden. Die Dendronen übernehmen die Funktionalisierung der MNP-Oberfläche und steuern funktionelle Gruppen, die VEGF binden können. Mit diesem Ansatz gelang es, die Angiogenese zu verbessern, indem die Magnetisierung von Stammzellen und Endothelzellen verstärkt wurde.

Am In-vitro-Modell demonstrierten die Forscher die aneinandergelagerte, Magnetfeld-gesteuerte Besiedlung einer Gerüstfaser mit zwei verschiedenen Zelltypen. In vivo zeigte sich, dass die Magnetisierung biologischer Substanzen in den MagS die Geweberekonstruktion auf hervorragende Weise fördert und sich die Vaskularisierung deutlich verbessert.

Die in 14 Fachbeiträgen vorgestellten Projektergebnisse von MAGISTER demonstrierten, dass sich MagSs für langlebige Scaffolds eignen und damit die Gewebezüchtung deutlich voranbringen. So bietet sich die einzigartige Möglichkeit, die Scaffold-Aktivität genau den individuellen Bedürfnissen des Patienten anzupassen.

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