FOR 2165:  Regeneration im Alter: Die Knochenheilung als Modelsystem zur Charakterisierung der Regeneration unter erschwerten Bedingungen

• Fachliche Zuordnung: Medizin
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 249509554

Die regenerative Medizin zielt auf die vollständige Wiederherstellung der Struktur und Funktion desverletzten Gewebes ab und erreicht dies über eine Verstärkung und Unterstützung der endogenen Regenerationsprozesse. Während solche regenerativen Therapien immer mehr Bedeutung gewinnen, fehlt das Verständnis, warum Heilungsverzögerungen auftreten. Besonders scheint dies in Patientenmit einer zusätzlichen Beeinträchtigung (Übergewicht, Diabetes, Alter) der Fall zu sein. Die grundlegenden Mechanismen der Veränderung sind weitestgehend nicht verstanden. Regenerative Therapien könnten Stimulationen der Heilung ermöglichen, wie sie besonders für ältere und immunologisch beeinträchtigte Patienten oftmals auftreten. Alterung alleine scheint die Heilung schon zu verändern und diese Veränderung der Heilungskaskade ist bisher unzureichend verstanden. Ein Grundverständnis des Einflusses des Alterns auf die endogenen Heilungsprozesse scheint unerlässlich für innovative Therapieoptionen der regenerativen Medizin. Knochen ist eines der wenigen Gewebe in unserem Körper, welches zur narbenlosen Heilung und damit zur endogenen Regeneration mit einer vollständigen Wiederherstellung von Form und Funktion fähig ist. Ein Verständnis der veränderten Heilungsprozesse des Knochens durch das Altern kann damit zur Aufklärung der ursächlichen Mechanismen einer Heilungsverzögerung beitragen, welches in der Konsequenz zur Verbesserung der Regeneration von schon in jungen Individuen schwierig heilenden Geweben beitragen kann. Daher bietet die Knochenheilung ein optimales Modellsystem, um Stressoren der Regeneration sowohl zellulär als auch auf der Gewebsebene zu verstehen. Bisher konnten als Schlüsselprozesse des regenerativen Heilungsprozesses (A) die feine Abstimmungder mechanobiologischen Regulation der Zell- und Gewebsorganisation während der frühen Heilung identifiziert werden. Gerade in dieser Phase scheint Altern die Mechanosensitivität der Zellen zu verändern und damit die Fähigkeit der Selbstorganisation in der frühen Heilungsphase. Ebenso zentral scheint (B) eine balancierte Immunantwort, die auf eine Verletzung folgt und den Heilungsprozess zu steuern scheint. Insbesondere das Wechselspiel zwischen Immunzellen und mesenchymalen Zellen verändert sich im Alter. Während der zweiten Förderperiode soll das Verständnis der Mechanismen, die der veränderten endogenen Heilung zugrunde liegen, näher erschlossen werden. Neben dem Altern werden metabolische Aspekte (Übergewicht, Diabetes) in dieBetrachtungen aufgenommen. Dabei bleibt der Fokus der FOR auf dem Wechselspiel der drei Schlüsselelemente a) Mechanosensitivität in der strukturellen Rekonstitution, b) Entzündungsreaktion und c) zelluläre Differenzierung im Alter bestehen.Dies soll von der sub-zellulären bis zur Gewebeebene erfolgen und Signalwege der Mechanosensitivität und Immunregulation bei älteren und metabolisch beeinträchtigten Patienten aufzeigen.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen

Projekte

• Abhängigkeit der Kallusformation und Angiogenese von mechanischen Rahmendingungen und deren Wechselspiel über das Altern in der frühen Phase der Knochenheilung (Antragsteller Duda, Georg ;  Gerhardt, Holger )
• Analyse von osteo-immunologischen Interaktionen im Verlauf der Frakturheilung mit Hilfe von longitudinalem Intravital-Imaging (Antragstellerinnen Hauser, Anja Erika ;  Niesner, Raluca Aura )
• Außer-vaskuläre Mechanik als Alterungs-abhängiges regulatorisches Signal während der Angiogenese und Gefäßbildung (Antragstellerinnen / Antragsteller Checa Esteban, Ph.D., Sara ;  Petersen, Ansgar )
• Die Rolle zellulärer Senescence in der Knochenregeneration (Antragsteller Fischer-Zirnsak, Björn ;  Geißler, Sven )
• Ernährung, Alterung und fettiges Knochenmarksgewebe in der Knochenhomöostase und Regeneration (Antragstellerinnen / Antragsteller Schmidt-Bleek, Katharina ;  Schulz, Tim J. )
• Koordinationsfonds (Antragsteller Duda, Georg )
• Mechanische Belastung und BMP- Stimulation modulieren die extrazelluläre Matrix und deren Einfluss auf Stammzellen: ein altersabhängiger Matrix- Code? (Antragstellerinnen / Antragsteller Knaus, Petra ;  Petersen, Ansgar )
• Verstehen und Gestalten des Einflusses des „gealterten“ adaptiven Immunsystems und des Typ 2 Diabetes/Übergewichts auf die Frakturheilung (Antragstellerinnen / Antragsteller Schmidt-Bleek, Katharina ;  Volk, Hans-Dieter )

• Sprecher: Professor Dr.-Ing. Georg Duda