Neue Gewebe aus Stammzellen kommen aus Regensburg

In den Brutschränken der Labore der Experimentellen Unfallchirurgie des Universitätsklinikums Regensburg (UKR) wachsen aktuell menschliche Stammzellen zu Knochen- und Sehnengewebe heran, um zukünftig Verletzungen besser heilen zu können. Gerade starten hier zwei hochdotierte Forschungsprojekte aus EU-Mitteln, die sich mit der Biokompatibilität von Titanimplantaten und der Regeneration verletzter Sehnen befassen.

Wenn Lahme wieder gehen, Hinkende wieder springen und Zahnlose wieder beißen können, verdanken sie das sehr selten einem Wunder und sehr häufig der modernen Implantatprothetik. Um diese weiter zu verbessern, beginnt Professor Dr. Denitsa Docheva, Inhaberin der Professur für Experimentelle Unfallchirurgie an der Universität Regensburg und Leiterin des Labors für Experimentelle Unfallchirurgie der Klinik und Poliklinik für Unfallchirurgie des UKR, dieser Tage mit der Kultivierung von Knochengewebe aus menschlichen Stammzellen auf speziell präparierten Titanplatten. „Mit Titanimplantaten verfügen Unfallchirurgen über beeindruckende Therapieoptionen. Sie bergen aber auch einige Risiken wie Implantatlockerungen, Entzündungen und Abstoßungsreaktionen. Im Rahmen des Forschungsprojekts MATEGRA wollen wir gemeinsam mit der Universität Pilsen eine bessere Integration von Titanimplantaten im menschlichen Körper erreichen“, fasst die Biologin und Chemikerin, die gerade erst von der European Orthopaedic Research Society auf deren Jahresversammlung im irischen Galway zur Präsidentin gewählt wurde, zusammen. Das sogenannte MATEGRA-Projekt finanziert der Europäische Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) ab Oktober 2018 über einen Zeitraum von drei Jahren mit insgesamt 800.000 Euro.

Titanimplantate sollen das Knochenwachstum anregen

Viele Deutsche sind im Laufe ihres Lebens mindestens einmal auf die Möglichkeiten der Implantatprothetik angewiesen. So werden hierzulande pro Jahr alleine über 400.000 künstliche Hüft- und Kniegelenke implantiert. Und knapp 45.000 dieser Gelenke müssen im Anschluss aus verschiedenen Gründen wieder ausgetauscht werden. Einer davon ist, dass Titanimplantate nicht ausreichend fest mit dem Knochen verwachsen. „Wir untersuchen im Rahmen von MATEGRA, wie die Oberfläche von Titan beschaffen sein muss, damit der Knochen besser integriert werden kann, die Implantate somit verträglicher werden und noch mehr Stabilität bieten. Ziel ist es, ein poröses Biomaterial zu entwickeln, das das Knochenwachstum fördert“, erklärt Professor Docheva, die das Förderprogramm als Projektverantwortliche von Regensburg aus koordiniert.

477.000 Euro für den Standort Regensburg

Von der Gesamtfördersumme fließen rund 477.000 Euro in das Labor der Experimentellen Unfallchirurgin am UKR. Hier generiert sie aus humanen Stammzellen Knochengewebe und testet dessen Wachstum auf Titanplatten. Diese Titanproben werden in der Westböhmischen Universität in Pilsen mit und ohne Beschichtungen aus porösem Glas und Nanopartikeln produziert. Die tschechischen Projektpartner konzentrieren sich auf die Optimierung der Oberflächen, während in Regensburg die Zellaktivität im Fokus steht: „Wir kultivieren Knochengewebe auf den Titanplatten. Im nächsten Schritt analysieren wir mit der Biokompatibilitätsprüfung, welche der unterschiedlichen Oberflächen das Knochenwachstum am besten anregt, wie gut der Knochen auf den Materialien überlebt und wie stark die Zellen jeweils proliferieren und mineralisieren. Aufbauend auf diesem Wissen möchten wir im Verbund neue funktionelle Biomaterialien als Beschichtung auf Titanimplantaten entwickeln“, formuliert Professor Docheva die wichtigsten Forschungsziele, zu denen auch der Wissensaustausch zwischen beiden Standorten gehört: „Länderübergreifende Workshops und Fachvorträge sind fest in das Programm integriert“.

Wissenstransfer zur Sehnen-Züchtung von der Oberpfalz in die EU und USA

Neben menschlichem Knochen wachsen im Labor von Professor Docheva auch Achillessehnen heran. „Es gibt erste erfolgreiche Versuche, gerissene Achillessehnen mit im Labor kultiviertem Gewebe zu reparieren“, berichtet Professor Docheva. Die regenerative Medizin und damit auch die Wiederherstellung von Sehnengewebe möglichst nah am Original gehören zu den Forschungsschwerpunkten der Laborleiterin. Dieses Wissen teilen sie und Professor Dr. Peter Angele, Leiter der Knie- und Knorpelchirurgie in der Klinik und Poliklinik für Unfallchirurgie des UKR, ab Oktober 2018 im Rahmen eines weiteren, von der EU mit 250.000 Euro geförderten Projekts „Horizon 2020 – Das WIDESPREAD Twinning: Spreading Exellence and Widening Participation“ mit der portugiesischen Universität Do Minho, der National University Ireland Galway und der Mayo Clinic, Rochester, Minnesota, USA. „In einem gemeinsamen Konsortium kombinieren wir unterschiedliche Wissensbereiche. Mit unserer langjährigen Expertise bei der Zell- und Molekularbiologie sowie der Gentherapie im Bereich der Sehnen werden wir vom UKR aus über Workshops und Konferenzen vorrangig Technologie-Transfer nach Portugal leisten“, so Professor Docheva. Ziel dieses Projekts ist es, die Forschungs- und Innovationsbereiche der fortgeschrittenen Therapien für Sehnenerkrankungen zu stärken.

Regenerative Medizin: Gewebeersatz aus dem Labor

Beide Forschungsprojekte verbindet das Ziel, mit regenerativer, biokompatibler Medizin Zusammenhänge von Erkrankungen des Bindegewebsapparats zu erforschen und Lösungen für klinische Probleme mit unterschiedlichen experimentellen Strategien zu finden. Professor Docheva will dafür in einem multidisziplinären Team das therapeutische Potential der Stammzellen freisetzen. Stammzellen sind im Gegensatz zu Gewebezellen nicht auf eine bestimmte Funktion festgelegt, sondern können sich in jedes Körpergewebe weiterentwickeln. Mit der Aufklärung der genetischen Programme, der Erforschung spezifischer Signalwege und biomechanischer Faktoren wollen die Forscher im Labor für Experimentelle Unfallchirurgie des UKR dieses Ziel erreichen.