Bifunktionelle Krustentierproteine im mineralisierten Exoskelett – Ein Modell für biomimetische injizierbare Knochenersatzmaterialien

• Antragsteller: Dr.-Ing. Benjamin Kruppke
• Fachliche Zuordnung: Biomaterialien
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 538923079

Mit dieser Wiedervorlage unseres Projektantrags möchten wir die Anregungen, die bei der ersten Begutachtung durch die Gutachter:Innen vorgeschlagen wurden, aufgreifen. Wir haben den Antrag vollständig überarbeitet und die wichtigsten Verbesserungen, die sich in erster Linie auf die Hinweise der Gutachten beziehen, farblich hervorgehoben. Insbesondere haben wir die Herstellung der rekombinanten Proteine und deren Auswahlverfahren präzisiert. Die Verwendung von Proteinen in Chitin-Gelen und deren Verarbeitung sowie die Abgrenzung zu porösen, schwammartigen Scaffolds wurden genauer erläutert, ebenso wie die Perspektive des Materials für eine zukünftige Anwendung im Kontext der Knochenregeneration. Wie vorgeschlagen, haben wir den letztgenannten Punkt relativiert und die Grundlagenforschung der Mineralisationsbeeinflussung durch Krustentierproteine stärker in den Vordergrund gestellt. Dies führt zu einer umfassenden Überarbeitung und Aktualisierung des Stands der Technik und der Schwerpunkte des Arbeitsplans. Ergänzende Vorversuche von TUD und BGU werden kurz erläutert und in Bezug gesetzt. Wir sind daher der Meinung, dass das Risiko in einem angemessenen Verhältnis zum absehbaren Erkenntnisgewinn steht, wie im neu hinzugefügten Abschnitt zur Risikobewertung diskutiert wird. Nach wie vor fasziniert uns das hohe Mineralisierungspotenzial von Krebstieren während der Häutung, das ähnlichen Prozessen bei Säugetieren überlegen ist. Wir wollen dieses Potenzial durch die Synergie unserer materialwissenschaftlichen und biologischen Expertisen zugänglich machen. Die vorbereitenden Experimente, die Kenntnis der in vitro- und in vivo-Mineralisierungsprozesse und unsere bestehende Pipeline von Proteinkandidaten untermauern diesen Ansatz. 0Um die Mineralisierungsprozesse in Krustentieren und unter in vitro-Bedingungen zu verstehen, werden wir zunächst Bindungsanalysen der Proteine an chitinbasierte Gele durchführen. Anschließend werden wir die mineralisationsvermittelnden Eigenschaften der bifunktionellen Proteine in Krustentieren unter definierten Bedingungen in einer speziell entwickelten Mineralisationskammer untersuchen. Das osteoinduktive Potenzial des resultierenden biomimetischen Materials wird mit Hilfe von Osteoblasten-Zellkulturen untersucht. Die langjährige Kooperation zwischen BGU und TUD wurde von Prof. Amir Sagi, Dr. Thomas Hanke und Dr. Benjamin Kruppke auf der Grundlage eines gemeinsamen BMBF-Projekts aufgebaut, in dem wir hämolymphatische Proteine aus Flusskrebsen auf porösen Scaffolds immobilisiert haben. Hier zeigte sich bereits der Mehrwert des interdisziplinären Konsortiums. In Zukunft könnten bifunktionelle Krebsproteine, die als Teil des mineralisierten Exoskeletts der Krebse gefunden wurden, ein nützlicher Bestandteil eines chitinhaltigen biomimetischen injizierbaren Knochenersatzes mit schnellen Mineralisierungseigenschaften sein, um die Knochenregeneration zu unterstützen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Israel
• ausländischer Mitantragsteller: Professor Amir Sagi, Ph.D.