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Knochen heilen mit einem künstlichen Gel-Schwamm

16.02.2015

Nicht immer wächst fehlendes Knochenmaterial von selbst nach. Forscher des Teltower Instituts für Biomaterialforschung haben jetzt Forschungsergebnisse in der Fachzeitschrift Advanced Materials vorgestellt, welche zeigen, dass mit Hilfe einer vorübergehend eingesetzten schwammähnlichen Struktur ein kritischer Knochendefekt einer Ratte in wenigen Wochen ausheilt.

Das durch Aufschäumen aus Gelatine hergestellte Material ist offenporig, so dass Körperzellen, aber auch Sauerstoff und Nährstoffe leicht in die rund 0,2 mm großen Zwischenräume einwandern können.


Structured hydrogels showing form stability and elastic properties individually tailorable on different length scales are accessible in a one-step process. They support cell adhesion and differentiation and display growing pore size during degradation. In vivo experiments demonstrate their efficacy in biomaterial-induced bone regeneration, not requiring addition of cells or growth factors.

Der Ausgangsstoff Gelatine – also tierisches Eiweiß – sorgt dafür, dass die ersten knochenbildenden Zellen direkt an Molekülen dieses „ArcGel“ (architectured hydrogel) anwachsen können. So entwickelt sich schnell die fehlende Knochensubstanz.

Eine besondere Herausforderung war es, die Grob- und Feinstruktur so hin zu bekommen, dass das Material elastisch und genügend formstabil ist, um den Knochenzellen eine günstige Umgebung zur Verfügung zu stellen.

An der Forschung für ArcGel waren außer Wissenschaftlern des Teltower Instituts für Biomaterialforschung, das zum Helmholtz-Zentrum Geesthacht gehört, auch weitere Forscher aus Berlin und Rostock beteiligt.

Zusätzliche Zellen oder Wachstumsfaktoren sind nicht nötig. Ein Vorteil ist auch, dass ArcGel im Laufe von etwa acht Wochen von selbst abgebaut wird. Zunächst verschwinden dabei nach und nach die Zwischenwände.

Die Forscher vermuten, dass der Aufbau des Knochengewebes dieser Vergrößerung der Poren im Laufe der Zeit folgt – und dies zur Stabilität der neuen Knochensubstanz beiträgt.

Axel T. Neffe, Benjamin F. Pierce, Giuseppe Tronci, Nan Ma, Erik Pittermann, Tim Gebauer, Oliver Frank, Michael Schossig, Xun Xu, Bettina M. Willie, Michèle Forner, Agnes Ellinghaus, Jasmin Lienau, Georg N. Duda, and Andreas Lendlein
One Step Creation of Multifunctional 3D Architectured Hydrogels Inducing Bone Regeneration

Weitere Informationen:

http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201404787/abstract - zur Publikation
http://www.hzg.de/institutes_platforms/biomaterial_science/index.php.de - zum Institut für Biomaterialforschung

Dr. Torsten Fischer | Helmholtz-Zentrum Geesthacht - Zentrum für Material- und Küstenforschung

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