Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Die Bandscheibe auf dem Prüfstand - Eine Million Euro für Forscher der Uni Ulm aus dem EU-Großprojekt „iPSpine“

11.06.2019

Rückenschmerzen sind nicht nur leidvoll, sondern auch sehr kostspielig: Allein in der Europäischen Union belaufen sich die ökonomischen Kosten bei „Lower Back Pain“ (LBP) auf über 240 Milliarden Euro jährlich. Die EU fördert ein europäisches Großprojekt, das radikal neue Wege bei der Therapie von degenerierten Bandscheiben geht. "iPSpine“ setzt auf die Verbindung von innovativen Biomaterialien mit stammzellbasierten Ansätzen.

Zu den 20 Projektpartnern gehört auch die Uni Ulm sowie die Ulmer Ausgründung SpineServ. Ihr Auftrag: die Entwicklung von Hard- und Software, um natürliches sowie künstliches Bandscheiben-Material auf den Prüfstand zu stellen.


Kunststoffmodell einer menschlichen Wirbelsäule;

Foto: Elvira Eberhardt / Uni Ulm


Doktorandin Laura Zengerle demonstriert mit Hilfe eines Kunststoffmodells die Arbeitsweise des Wirbelsäulenbelastungssimulators

Foto: Elvira Eberhardt / Uni Ulm

Rückenschmerzen gehören weltweit zu den Hauptursachen für Erwerbsunfähigkeit. Allein in der Europäischen Union belaufen sich die ökonomischen Kosten bei „Lower Back Pain“ (LBP) auf über 240 Milliarden Euro jährlich. Die häufigste Ursache dieser Art Schmerzen: degenerierte Bandscheiben.

Die Europäische Union fördert nun ein europäisches Großprojekt für fünf Jahre mit insgesamt 15 Millionen Euro, das radikal neue Wege bei der Therapie von Bandscheibenerkrankungen geht. Das von der Universität Utrecht koordinierte „iPSpine“-Projekt setzt dabei auf die Verbindung von innovativen Biomaterialien mit stammzellbasierten Ansätzen.

Zu den 20 Projektpartnern gehört auch die Universität Ulm sowie die Ulmer Ausgründung SpineServ, die beide gemeinsam gut eine Million Euro erhalten. Ihr Auftrag: die Entwicklung von Hard- und Software, um natürliches sowie künstliches Bandscheiben-Material auf den Prüfstand zu stellen.

Im Projekt iPSine erforschen die Wissenschaftler aus Ulm die biomechanischen Eigenschaften dieser neuartigen Material-Zell-Kombinationen. „Lässt sich mit den neuen Materialverbindungen die Stabilität der Bandscheibe wieder herstellen? Wie kommt die therapierte Zwischenwirbelscheibe mit Langzeitbelastungen zurecht, wie reagiert sie bei hoher komplexer Beanspruchung?“, erläutert Professor Hans-Joachim Wilke einige Fragen des Ulmer Projektanteils.

Der Wissenschaftler forscht am Institut für Unfallchirurgische Forschung und Biomechanik zu den Grundfunktionen und Belastungsgrenzen der Wirbelsäule. Um die Funktionsweise und Belastungsgrenze der Wirbelsäule und ihrer Bestandteile systematisch und hochpräzise zu untersuchen, hat Wilke bereits vor 25 Jahren einen Wirbelsäulenbelastungssimulator entwickelt.

Dessen Dienste sind international sehr gefragt, zählt das Gerät doch noch immer zu den führenden weltweit. Aktuell arbeiten die Ulmer Forscherinnen und Forscher an der Entwicklung einer mobilen Variante, die vor Ort in den iPSpine-Partnerlaboren eingesetzt werden kann und sich besser transportieren lässt. Denn das  Untersuchungsmaterial – dazu gehört sowohl natürliches und „künstliches“ Bandscheibengewebe – ist hochempfindlich.

In einem zweiten Projektteil entwickelt die Firma SpineServ, eine Ausgründung aus der Arbeitsgruppe von Wilke, eine spezielle Software, um bandscheibenbezogene De- und Regenerationsprozesse besser messen zu können. Mit Hilfe künstlicher Intelligenz wird über einen bestimmten Zeitraum der Degenerationsgrad bestimmt.

Über die Quantifizierung des Materialverlustes soll im Umkehrschluss ein Messverfahren entwickelt werden, mit dem es in Zukunft möglich sein wird, auch die Regeneration von Bandscheibengewebe zu erfassen und dabei geringste Effekte sichtbar zu machen.

Und was genau sind das für Materialkombinationen, die im Rahmen des europäischen iPSpine-Konsortiums beforscht und getestet werden? „Für die Entwicklung innovativer Therapieansätze zur Regeneration von Bandscheiben werden Induzierte Pluripotente Stammzellen (iPS) mit neuartigen Biomaterialien kombiniert, die eine gesunde Bandscheibenumgebung schaffen“, informiert iPSpine-Koordinatorin Marianna Tryfonidou, Professorin für Regenerative Orthopädie an der Veterinärmedizinischen Fakultät der Universität Utrecht.

Diese sollen das Wachstum transplantierter Bandscheiben-Vorläuferzellen fördern und die Verjüngung der geschädigten Bandscheibe unterstützen. Das wissenschaftliche Spektrum reicht dabei von der Grundlagenforschung über die präklinische Erprobung bis hin zum therapeutischen Einsatz in der Klinik.

Die Bandscheibe ist ein Wunderwerk der Natur

Um die Funktionsfähigkeit der Wirbelsäule therapeutisch erhalten zu können, ist es wichtig zu verstehen, wie ihre Bestandteile aufgebaut sind und funktionieren. Besonders im Fokus der iPSpine-Forscher stehen dabei die Zwischenwirbelscheiben. „Die Bandscheibe gehört zu den großen Wunderwerken der Natur“, sagt Professor Hans-Joachim Wilke. Die Zwischenwirbelscheiben, so die alternative Bezeichnung, verbinden die Wirbelkörper. Sie sorgen für die Beweglichkeit der Wirbelsäule und dienen zugleich als Stoßdämpfer.

„Das Design der Bandscheibe ist perfekt. Außen umgibt sie ein sogenannter Faserring aus kollagenen Bindegewebs- und Knorpelfasern. Innen sitzt ein verformbarer Gallertkern, der wie ein Wasserkissen Bewegungsenergie aufnehmen kann“, erklärt der Wissenschaftler. Doch was passiert eigentlich, wenn die Bandscheibe mehr und mehr degeneriert? Dann können massive Schmerzen und Beschwerden die Folge sein. Mal sind es altersbedingte Erkrankungen, mal arbeitsbedingte Überlastungen oder genetische Faktoren, die der Zwischenwirbelscheibe zusetzen. „Man kann sich das vorstellen, wie bei einem alten Autoreifen, der etwas Luft verloren hat und zudem mit der Zeit spröde und schlapp geworden ist“, meint Wilke.

Ähnlich wie ein Autoreifen ist der Faserring einer Bandscheibe aufgebaut aus Lagen, sich überkreuzender Faserstrukturen. Diese weisen einen gegenläufigen Steigungswinkel auf und sorgen bei unterschiedlichsten Drehbewegungen für Stabilität. Ist der Fasserring verletzt, können Teile des Gallertkerns nach außen gelangen und auf die Nerven drücken. Dann sprechen Ärzte umgangssprachlich von einem Bandscheibenvorfall. Diese äußerst schmerzhafte und langwierige Erkrankung der Wirbelsäule gehört zu den gravierendsten im Bereich des unteren Rückens. Gemeinsam mit ihren 19 Projektpartnern aus 7 europäischen Ländern sowie den USA und Hong Kong forschen die Ulmer daran, wie sich degenerierte Zwischenwirbelscheiben regenerieren lassen.

Für ihre Forschung greifen die Ulmer Wissenschaftler auf Bandscheibenmaterial von menschlichen Körperspendern zurück. Aber auch Tiermaterial vom Schlachthof kommt dabei zum Einsatz. Nicht zuletzt forscht man mit Hochdruck im Institut auch an tierversuchsfreien Alternativmethoden, beispielsweise an speziellen Bandscheibenorgankultur-Modellen. „Unsere Forschungsergebnisse helfen nicht nur dem Menschen, Bandscheibenerkrankungen besser zu behandeln. Sie kommen in klinischen Studien auch erkrankten Tieren direkt zu Gute“, sagt der Biomechaniker und Experte für experimentelle Wirbelsäulenchirugie. Profitieren werden zum Beispiel zunächst bestimmte Dackelrassen, die ebenfalls Rückenschmerz-Patienten sind, weil sie aufgrund ihrer überlangen Wirbelsäule ebenfalls häufig an schmerzhaften Bandscheibenvorfällen leiden.

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Prof. Dr. Hans-Joachim Wilke, Institut für Unfallchirurgische Forschung und Biomechanik, Universitätsklinikum Ulm, Tel.: 0731 / 500-55320, E-Mail: hans-joachim.wilke@uni-ulm.de
Informationen im Netz: www.ipspine.eu

Weitere Informationen:

http://www.ipspine.eu

Andrea Weber-Tuckermann | idw - Informationsdienst Wissenschaft
Weitere Informationen:
http://www.uni-ulm.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Ein Freiburger Forschungsteam entschlüsselt, wie Stammzellen entscheiden, welche Zelltypen aus ihnen hervorgehen
03.12.2019 | Albert-Ludwigs-Universität Freiburg im Breisgau

nachricht Zwei chirale Katalysatoren arbeiten Hand in Hand: Chemiker der Universität Münster entwickeln neues Syntheseverfahren
03.12.2019 | Westfälische Wilhelms-Universität Münster

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Meteoritengestein ist "bessere Diät"

Archaeon kann Meteoritengestein aufnehmen – und sich davon ernähren

Das Archaeon Metallosphaera sedula kann außerirdisches Material aufnehmen und verarbeiten. Das zeigt ein internationales Team um Astrobiologin Tetyana...

Im Focus: The coldest reaction

With ultracold chemistry, researchers get a first look at exactly what happens during a chemical reaction

The coldest chemical reaction in the known universe took place in what appears to be a chaotic mess of lasers. The appearance deceives: Deep within that...

Im Focus: Kleiner, schneller, energieeffizienter – leistungsstarke Bauelemente für den digitalen Wandel

Hocheffiziente Leistungshalbleiter sollen die Voraussetzungen für vielfältige neue Anwendungen schaffen – von der Elektromobilität bis hin zur künstlichen Intelligenz. Darauf zielt das kürzlich gestartete Verbundprojekt „Leistungstransistoren auf Basis von AlN (ForMikro-LeitBAN)“, das vom Ferdinand-Braun-Institut koordiniert wird.

Smarte Energieversorgung, Elektromobilität, breitbandige Kommunikationssysteme und Anwendungen der künstlichen Intelligenz (KI) – die Anzahl miteinander...

Im Focus: KATRIN-Experiment begrenzt die Masse von Neutrinos auf unter 1 Elektronenvolt

Neutrinos spielen durch ihre kleine, aber von Null verschiedene Masse eine Schlüsselrolle in Kosmologie und Teilchenphysik. Seit 2018 soll mit dem KArlsruher TRitium Neutrino Experiment (KATRIN) die Masse von Neutrinos bestimmt werden. Schon nach einer ersten kurzen Neutrino-Messphase konnten die Forscherinnen und Forscher die Masse des Neutrinos auf kleiner als 1 Elektronenvolt (eV) begrenzen, was doppelt so genau ist wie alle bisher durchgeführten teils mehrjährigen Laborexperimente. Das Ergebnis ist diese Woche als Titelgeschichte des renommierten Fachjournals „Physical Review Letters“ veröffentlicht worden. Am Experiment beteiligt ist auch ein Team der Bergischen Universität Wuppertal.

Neben den Photonen, den masselosen elementaren Quanten des Lichts, sind Neutrinos die häufigsten Teilchen im Universum. Neutrinos werden „Geisterteilchen“...

Im Focus: How do scars form? Fascia function as a repository of mobile scar tissue

Abnormal scarring is a serious threat resulting in non-healing chronic wounds or fibrosis. Scars form when fibroblasts, a type of cell of connective tissue, reach wounded skin and deposit plugs of extracellular matrix. Until today, the question about the exact anatomical origin of these fibroblasts has not been answered. In order to find potential ways of influencing the scarring process, the team of Dr. Yuval Rinkevich, Group Leader for Regenerative Biology at the Institute of Lung Biology and Disease at Helmholtz Zentrum München, aimed to finally find an answer. As it was already known that all scars derive from a fibroblast lineage expressing the Engrailed-1 gene - a lineage not only present in skin, but also in fascia - the researchers intentionally tried to understand whether or not fascia might be the origin of fibroblasts.

Fibroblasts kit - ready to heal wounds

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Die Zukunft der Arbeit

03.12.2019 | Veranstaltungen

Intelligente Transportbehälter als Basis für neue Services der Intralogistik

03.12.2019 | Veranstaltungen

Weltkorallenriffkonferenz ICRS 2020 lädt zum Fotowettbewerb ein

02.12.2019 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Elektronen-Rangelei in Nanostrukturen aus Kohlenstoff

03.12.2019 | Physik Astronomie

Ein Freiburger Forschungsteam entschlüsselt, wie Stammzellen entscheiden, welche Zelltypen aus ihnen hervorgehen

03.12.2019 | Biowissenschaften Chemie

Neue Materialien für die Mobilität und Energie von morgen

03.12.2019 | Energie und Elektrotechnik

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics