Faserbasierte 3D-Implantate aus regeneriertem Seidenfibroin für die Bandscheibenregeneration II

• Antragsteller: Dr. Michael Wöltje
• Fachliche Zuordnung: Biomaterialien
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 437213841

In der ersten Projektphase wurden erfolgreich ein Prozess entwickelt, der es ermöglicht neuartige Fasern aus regenerierter Seide in einem kontinuierlichen Spinnprozess zu entwickeln. Darüber hinaus wurde der Aufbau der Bandscheibe erstmalig vollständig textil nachgebildet. Hierfür wurde eine innere Struktur aus einem isotropen, porösen Vlies entwickelt und mit einer äußeren, ringförmigen, mehrlagigen Verstärkungsstruktur aus anisotropen, flachen, lamellaren Schichten verbunden, die mittels Sticktechnik aus unidirektional positionierten Seidenfasern mit wechselnder Faserorientierung hergestellt wurden. Diese textile Struktur aus Seidenfasern, die die Struktur der menschlichen Bandscheibe nachbildet, zeigte in Zellkulturexperimenten, dass es möglich ist, künstliches Bandscheibengewebe mit einer Zelldichte und Zellgröße zu erzeugen, die der des gesunden menschlichen IVDs ähnelt. Darüber hinaus beeinflusste die gewebespezifische Morphologie des Seidengerüsts das Differenzierungspotenzial der kultivierten MSC. Aufbauend auf den Ergebnissen der ersten Förderphase soll zunächst der Spinnprozess evaluiert werden, um spezifische Spinnparameter zu ermitteln, mit denen die Fasereigenschaften an unterschiedliche Anforderungen hinsichtlich Elastizität, Zugfestigkeit und Faserfeinheit angepasst werden können. Darüber hinaus soll eine Methode zur Funktionalisierung der Seidenfasern während des Spinnprozesses entwickelt werden, um eine aufwändige nachträgliche Funktionalisierung der textilen Strukturen zu vermeiden. Zusätzlich soll die textile Nachbildung der Bandscheibe weiterentwickelt werden, um die Dämpfungseigenschaften der Bandscheibe biomimetisch nachzubilden. Dazu werden die mittels eines textilen 3D-Druckverfahrens, dem Fibre-based Additive Manufacturing (FAM), erzeugten dreidimensionalen Strukturen simulationsgestützt variiert und mit Hydrogelen kombiniert. Die resultierenden faserverstärkten Hydrogele werden anschließend systematisch in verschiedenen bovinen ex vivo Modellen unter physiologischer Belastung untersucht. Dies geschieht in Kombination mit Wachstumsfaktoren und Zellen (MSCs und NP-spezifische Vorläuferzellen). Die vorliegenden Projektergebnisse bilden die Grundlage für die Bewertung des Potenzials komplexer faserbasierter 3D-Strukturen aus Seidenfasern im Kontext der Regeneration geschädigter Bandscheiben. Durch die Analyse der Ergebnisse dieser Studien wird eine Gesamtbeurteilung der Relevanz und Wirksamkeit dieser spezifischen Strukturen für die Regenerierung der Bandscheibe ermöglicht.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Schweiz
• Partnerorganisation: Schweizerischer Nationalfonds (SNF)
• Kooperationspartner: Professor Dr. Ben Gantenbein