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Polymere in der Regeneration

Die Forschungen unserer Abteilung „Polymere in der Regeneration“ tragen zum grundlegenden Verständnis von Wechselwirkungen zwischen Materialien und Stammzellen bei. Das Ziel besteht darin, Kriterien für das Design biointeraktiver Materialien zu identifizieren und zu validieren. Hierfür setzen wir korrelative, hochauflösende, bildbasierte Screening-Methoden und Computer-unterstützte Analysen ein, um die Prozesse an der Grenzfläche zwischen Zellen und multifunktionaler Substrate detailliert zu untersuchen. Dabei werden Zellen einzeln erfasst, zugleich aber in Relation zur umgebenden Zellpopulation betrachtet. Die gewonnenen Erkenntnisse können in zweifacher Hinsicht für die regenerative Medizin von Nutzen sein: Zum einen lassen sich unerwünschte Wechselwirkungen zwischen Material und Zelle verhindern. Zum anderen können bestimmte Materialeffekte gezielt genutzt werden.

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)

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