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 Die Natur als Vorbild: Neue Bibliothek für Wirkstoffsuche
11.06.2019 | Universität Basel

nachricht Wie sich Säuren im ultrakalten interstellaren Raum verhalten
11.06.2019 | Ruhr-Universität Bochum

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

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...

Im Focus: Tiny light box opens new doors into the nanoworld

Researchers at Chalmers University of Technology, Sweden, have discovered a completely new way of capturing, amplifying and linking light to matter at the nanolevel. Using a tiny box, built from stacked atomically thin material, they have succeeded in creating a type of feedback loop in which light and matter become one. The discovery, which was recently published in Nature Nanotechnology, opens up new possibilities in the world of nanophotonics.

Photonics is concerned with various means of using light. Fibre-optic communication is an example of photonics, as is the technology behind photodetectors and...

Im Focus: Advanced Electronic Packaging in kleiner Stückzahl jetzt auch individuell und kostengünstig verfügbar

Das Fraunhofer IZM schließt sich der Plattform EUROPRACTICE IC Service an: Gemeinsam machen die Partner das Fan-out Wafer Level Packaging (FOWLP) für elektronische Bauelemente auch in kleiner Stückzahl verfügbar und bezahlbar – und damit für Forschungsinstitute, Universitäten und KMUs interessant. Indem bis zu zehn Kunden ein individuelles Fan-out Wafer Level Packaging für ihre ICs oder anderen Komponenten auf einem Multi-Project Wafer realisieren, können die Kosten deutlich reduziert werden. Zielgruppe sind alle, die nicht in Massen produzieren, sondern Prototypen benötigen.

Forschen heißt immer auch: Ausprobieren und Neues wagen. Forschungsinstitute, Universitäten und KMUs produzieren nicht in Massen, sondern innovative Prototypen...

Im Focus: Cost-effective and individualized advanced electronic packaging in small batches now available

Fraunhofer IZM is joining the EUROPRACTICE IC Service platform. Together, the partners are making fan-out wafer level packaging (FOWLP) for electronic devices available and affordable even in small batches – and thus of interest to research institutes, universities, and SMEs. Costs can be significantly reduced by up to ten customers implementing individual fan-out wafer level packaging for their ICs or other components on a multi-project wafer. The target group includes any organization that does not produce in large quantities, but requires prototypes.

Research always means trying things out and daring to do new things. Research institutes, universities, and SMEs do not produce in large batches, but rather...

Im Focus: Das fliegende „V“

Student der TU Berlin erfand ein futuristisches, energiesparendes Flugzeug – nun wird es gebaut

Als er 2015 seine Abschlussarbeit an der TU Berlin schrieb und ein Praktikum bei Airbus in Hamburg absolvierte, hatte TU-Student Justus Benad eine „verrückte...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Aktuelles aus der Robotik steht im Mittelpunkt einer internationalen Konferenz in Kaiserslautern

11.06.2019 | Veranstaltungen

100. Deutscher Röntgenkongress 2019 – gelebte Einheit in Vielfalt

07.06.2019 | Veranstaltungen

Institut für Rettungsingenieurwesen und Gefahrenabwehr (IRG) präsentiert Drohne zur Ortung von Verschütteten

07.06.2019 | Veranstaltungen

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

Wie sich Säuren im ultrakalten interstellaren Raum verhalten

11.06.2019 | Biowissenschaften Chemie

Tropische Zecken: Neu eingewanderte Art überwintert erstmals in Deutschland

11.06.2019 | Biowissenschaften Chemie

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

11.06.2019 | Biowissenschaften Chemie

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