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Institut für Aktive Polymere

Polymere in der Regeneration

Osteogenic differentiation of human bone marrow mesenchymal stem cells (hBMSCs) on poly(styrene-co-acrylonitrile) surface with micro-scale roughness. (Bone cell-specific markers in red: alizarin red S)

Osteogene Differenzierung von humanen mesenchymalen Knochenmarksstammzellen (hBMSCs) Poly(Styrol-co-Acrylnitril) Oberfläche mit Mikrorauheit (Knochen-Zell-spezifische Marker in Rot: Alizarin Red S)

In der Abteilung Polymere in Regeneration werden die Wechselwirkungen zwischen Zellen und Biomaterial untersucht. Ziel ist es, die Merkmale von Materialien für Zell-Material-Wechselwirkungen zu analysieren und deren Einfluss auf (Stamm-)Zellenfunktion, Selbsterneuerung und Gewebsregeneration genauer zu bestimmen. Die Eigenschaften von Biomaterialien, wie zum Beispiel Elastizität, Rauhigkeit, Geometrie, Anisotropie und Oberflächenchemie könnten einen erheblichen Einfluss auf die Funktionen und die Entwicklung von Stammzellen ausüben.

Unter Einsatz von modernsten Technologien, werden wissensgestützte Informatio-nen über den Aufbau und die Entwicklung neuartiger Biomaterialien erarbeitet. Unsere Forschung richtet sich auf die Untersuchung des Prozesses und des Mechanismus der gegenseitigen Beeinflussung von Stammzellen und verschiedenen Biomaterialien mit unterschiedlichen physikalischen und chemi-schen Eigenschaften.

Des Weiteren wird der Einfluss von Biomaterialien auf das zelluläre Verhalten von Stammzellen untersucht. Basierend auf rationalen Designprinzipien, könnte unser Verständnis über biologische, chemische und physikalische Reize sowie die zeitli-che und räumliche Koordination von regulierten Zellenreaktion letztendlich die Entwicklung und Herstellung funktionaler Biomaterialien verbessern.

Profil

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Bildung von Lipidtröpfchen weist auf adipogene Differenzierung aus humanen mesenchymale Knochenmarksstammzellen (hBMSCs) auf Poly(Styrol-co-Acrylnitril) Oberfläche mit Mikrorauheit hin. Foto: Hereon

Die Regenerative Medizin weckt große Hoffnungen auf eine Minderung der Morbidität und Mortalität von Patienten, die an Organversagen leiden. Eine zunehmende Zahl klinischer und experimenteller Belege deutet darauf hin, dass Stammzellen vielversprechende Zellenarten sind, die sich aufgrund ihres Selbsterneuerungs- und Differenzierungspotenzials zur Neubildung von beschädigtem Gewebe bei der Behandlung verschiedener degenerativer Erkrankungen eignen.

Stammzellen reagieren ausgesprochen empfindlich auf ihre lokale extrazelluläre Umgebung. Eine Reihe von Stammzellenreaktionen, wie zum Beispiel Adhäsion, Lebensfähigkeit und Differenzierung, können durch eine bestimmte lokale Umgebung differenziell beeinflusst werden. Die lokale extrazelluläre Umgebung könnte verschiedene Signalwege modulieren, die das Stammzellenverhalten und die Organentwicklung steuern, sowie die Reparatur und Regeneration von endogenem Gewebe beeinflussen.

Ein anderer Schwerpunkt der Abteilung ist es, die Wechselwirkung zwischen Immunzellen und Biomaterialien zu untersuchen. Nahezu jedes Implantat ruft Entzündungsreaktionen hervor, die zu Schwellungen und Schmerzen am Implantationsort führen und schlimmstenfalls in der Abstoßung des Implantats resultieren können und daher seine Ersetzung erfordern.

Ziel ist es, die immunologischen Eigenschaften zu bestimmen. Die physikalisch-chemischen und mechanischen Eigenschaften von Biomaterialien ermöglichen die Entwicklung von immunologisch inertem oder sogar immununterdrückendem Biomaterialien. Um die regenerativen Prozesse optimal zu unterstützen, werden immunkompatible Biomaterialien, die das Stammzellenverhalten steuern können, in der Abteilung Polymere in Regeneration untersucht und entwickelt.

Expertenthema: Mesenchymale Stammzellen (MSCs)
Expertenthema: Induzierte pluripotente Stammzellen (iPSCs)
Expertenthema: Untersuchung der Toxizität von Nanomaterialien