Interaction of biological and mechanical stimuli during bone defect healing: Identify the role of early inflammation as a key regulator of mechanically induced tissue regeneration

• Applicant: Professor Dr.-Ing. Georg Duda
• Subject Area: Orthopaedics, Traumatology, Reconstructive Surgery
• Term: from 2012 to 2015
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 211236934

Trotz des hohen Heilungspotentials von Knochen treten zahlreiche Fälle auf, in denen die Knochenheilung gestört ist. Klassische Beispiele sind die verzögerte Knochenheilung und die Non- Union, vor allem bei größeren Knochendefekten, wie sie nach komplexen Frakturen, Tumorresektionen, Infektionen oder bei Gelenkersatz auftreten. Verschiedene operative Verfahren, welche die Knochenheilung fördern, wurden in den letzten Jahren zusätzlich durch die Verwendung von rekombinanten humanen BMPs (bone morphogenetic proteins), BMP-2 und BMP-7, ergänzt. Trotz dieser Verbesserungen ist die Behandlung besonders großer Knochendefekte weiterhin problematisch. Unser Projekt basiert daher auf der Hypothese, dass die Heilung besonders großer Knochendefekte in Anwesenheit von BMP-2 durch die Beeinflussung der mechanischen Umgebung innerhalb der Fraktur entscheidend verbessert werden kann. Demzufolge ist das Ziel dieser Studie zu ergründen, ob die mechanische Umgebung die durch BMP-2 unterstützte Knochenheilung durch einen direkten Effekt auf den BMP Signalweg beeinflusst oder ob die mechanischen Faktoren die Produktion der zentralen Zytokine während der inflammatorischen Phase bewirken. Des Weiteren behaupten wir, dass die mechanische Belastung im Gewebe während dieser Phase der Knochenheilung zu Änderungen der initialen Immunantwort führen, wodurch die Reparatur des Knochengewebes über den osteogenen oder chondrogenen Differenzierungsweg verändert wird. Die gewonnenen Erkenntnisse werden uns helfen, den Zusammenhang von Mechanik und Biologie während der Knochenheilung zu verstehen. Zudem wird dies direkte Auswirkungen auf die verwendete Stabilität der Fixierung haben, um das Regenerationspotential von Knochengewebe zu maximieren und möglichst die derzeitige Dosis von biologischen Zusatzstoffen zu minimieren.

• DFG Programme: Research Grants