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Tissue Engineering von Geweben in komplexen Hydrogelen mittels dreidimensionaler elektrischer und magnetischer Stimulation (TELMa)

Das Tissue Engineering von voll funktionsfähigen komplexen Geweben und Organen ist eine Herausforderung der Regenerativen Medizin. Mit 3D-Drucktechniken ist es bereits möglich Strukturen zu generieren, welche zumindest morphologisch denen von Organen ähneln.

Allerdings bringt die Drucktechnologie eine ganze Reihe von Problemen mit sich, welche die eingesetzten Zellen, z.B. durch Scherkräfte oder Veränderungen der Umgebungsbedingungen, einer gewaltigen Stresssituation aussetzen.

Ein weniger belastender Ansatz könnte in der Nutzung der sogenannten Galvanotaxis, der Bewegung und Orientierung von Zellen durch magnetische und elektrische Felder realisiert werden.

In dem hier vorgeschlagenen Ansatz sollen unterschiedliche Zelltypen (Nerven- und glatte Muskelzellen bzw. deren Vorläuferzellen) in einem komplexen Hydrogel durch dreidimensional gerichtete elektrische und/oder magnetische Felder histologisch korrekt orientiert werden und zu einer funktionsfähigen Gewebeeinheit verwachsen.
"Proof of concept" wird die Darmwand sein, die durch ihren komplexen und vielschichtigen Aufbau ein ideales Gewebe zur Überprüfung der Arbeitshypothese darstellt.

Darüber hinaus besteht zu diesem Themenfeld bereits eine profunde Expertise im Konsortium. Im Rahmen des Projektes wird ein mikro-elektro-mechanisches System (MEMS) entwickelt, in dem durch die Kombination von Makro-, Mikro- und Nanobauteilen komplexe dreidimensionale Gleich- und Wechselfelder in unterschiedlichen Stärken generiert werden und auf die Zellen im Hydrogel einwirken.

Hierdurch werden Zellproliferation und das gerichtete Zellwachstum stimuliert. Insbesondere müssen grundlegende Fragen zur Auswahl des Hydrogels, zur dreidimensionalen Zellkulturtechnik, zur Dimensionierung und Auswirkung der Felder auf die Zellen, sowie zur Generierung und Regelung von Feldern im Hydrogel beantwortet werden. Durch das Zusammenführen und die Interaktion der Expertise von neun Arbeitsgruppen soll am Ende des Projektes ein Gewebe realisiert werden, welches histologisch der muskulären Darmwand entspricht.

Ein Transfer der erzielten Ergebnisse im Bereich der Regenerative Medizin wird angestrebt, z.B. für die Verwendung des Gewebes als Transplantat bei Darmdefekten oder in-vivo Stimulierung von Nervenwachstum.

Durch die stark interdisziplinären Arbeiten zu den Forschungsfeldern Zellkulturtechnik, MEMS sowie Simulation von elektrischen und magnetischen Feldern werden zwei Forschungsschwerpunkte der Hochschule gestärkt und intensiver vernetzt, neu berufene KollegInnen integriert und die Sichtbarkeit der Forschung erhöht. Die Profilbildung der Hochschule wird dadurch maßgeblich gestärkt.

Über die Carl-Zeiss-Stiftung

Die Carl-Zeiss-Stiftung hat sich zum Ziel gesetzt, Freiräume für wissenschaftliche Durchbrüche zu schaffen. Als Partner exzellenter Wissenschaft unterstützt sie sowohl Grundlagenforschung als auch anwendungsorientierte Forschung und Lehre in den MINT-Fachbereichen (Mathematik, Informatik, Naturwissenschaften und Technik). 1889 von dem Physiker und Mathematiker Ernst Abbe gegründet, ist die Carl-Zeiss-Stiftung die älteste private wissenschaftsfördernde Stiftung in Deutschland. Sie ist alleinige Eigentümerin der Carl Zeiss AG und SCHOTT AG. Ihre Projekte werden aus den Dividendenausschüttungen der beiden Stiftungsunternehmen finanziert.