Elektrisch stimuliertes 3D-Scaffold für Knochenregeneration

Die Regeneration von Knochen stellt eine große medizinische Herausforderung dar, insbesondere nach schweren Unfällen, komplexen Brüchen oder orthopädischen Eingriffen. In vielen Fällen stoßen herkömmliche Behandlungsmethoden an ihre Grenzen. Im Forschungsprojekt RESBONREG wird daher ein innovativer Ansatz verfolgt, um neue Wege zur besseren Unterstützung der natürlichen Knochenheilung zu entwickeln. Im Mittelpunkt des Projekts stehen neuartige dreidimensionale, nanostrukturierte Biomaterialien, sogenannte Janus-Strukturen. Diese Materialien orientieren sich an der natürlichen Umgebung von Zellen, in der sie wachsen, sich organisieren und neues Gewebe bilden. Die besondere Struktur der Janus-Fasern ermöglicht es, unterschiedliche Wirkstoffe, wie etwa Medikamente oder Wachstumsfaktoren, getrennt voneinander im Material zu speichern. Ein zentraler Innovationsaspekt von RESBONREG ist die gezielte Freisetzung dieser Wirkstoffe durch äußere Reize. Die entwickelten Gerüststrukturen reagieren auf Umweltveränderungen wie elektrische Signale oder pH-Wert-Änderungen und können dadurch gespeicherte Substanzen kontrolliert und bedarfsgerecht freisetzen. Auf diese Weise wird das Biomaterial selbst aktiv in den Regenerationsprozess eingebunden. Zusätzlich wird kontrollierte elektrische Stimulation eingesetzt. Schwache elektrische Signale, wie sie auch im menschlichen Körper vorkommen, wirken sowohl auf die Zellen als auch auf das Material. Um besser zu verstehen, wie Zellen auf diese elektrische Stimulation reagieren, kommen Computersimulationen zum Einsatz. Sie helfen dabei, die Effekte der elektrischen Signale auf das Zellverhalten gezielt zu analysieren und die Stimulation optimal auszulegen. Alle Arbeiten im Projekt RESBONREG erfolgen ausschließlich in In-vitro-Versuchen, das heißt, in Zellkulturen im Labor. Die gewonnenen Erkenntnisse liefern eine wichtige wissenschaftliche Grundlage für zukünftige Entwicklungen in der regenerativen Medizin und können langfristig zur Verbesserung von Therapien für die Knochenheilung beitragen.