UDE-Chemiker entwickeln Nano-Paste, die Knochendefekte heilt

Prof. Dr. Matthias Epple von der Universität Duisburg-Essen (UDE) und sein Team haben nun eine Paste aus Nanopartikeln entwickelt, die in die Defekte gespritzt werden kann und sie dann besser heilen lässt.

Der Trick: Die Forscher kombinieren das synthetisch hergestellte Knochenmineral Calciumphosphat mit DNA.

Die Forschung an der Schnittstelle zu Biologie und Medizin hat es Matthias Epple angetan. „Wir beschäftigen uns seit Jahren damit, was mineralisches Gewebe wie Zähne, Knochen und Muschelschalen bewirkt, und versuchen, unsere Erkenntnisse in neue Biomaterialien umzusetzen“, sagt der Professor für Anorganische Chemie. Hierfür arbeitet er eng mit Medizinern zusammen. So auch bei seinem aktuellen Projekt, das er mit drei seiner Doktoranden durchgeführt hat.

„Die Behandlung von Knochendefekten ist für Chirurgen eine echte Aufgabe. Wenn es möglich ist, nehmen sie überschüssigen eigenen Knochen des Patienten zur Auffüllung – etwa aus dem Beckenkamm. Weil es davon aber nur eine begrenzte Menge gibt, greifen sie auch auf synthetisches, also künstliches Material zurück“, sagt Epple. „Dabei wird sehr gerne Calciumphosphat verwendet, denn es ist das anorganische Mineral, das im Knochen als Nanokristall zu finden ist. Dem Körper ist es also wohlbekannt, was es zu einem geeigneten Träger macht. Außerdem führen die Calcium- und Phosphat-Ionen zu einer verbesserten Knochenbildung.“

So ein Ersatz ist dennoch nicht ohne: Er heilt wesentlich schlechter ein, die Infektionsgefahr ist größer, und die mechanische Stabilität könnte besser sein. Epples Team hat nun künstliche Calciumphosphat-Nanokristalle mit Nukleinsäuren, also DNA, beschichtet und daraus eine Paste erzeugt. Wenn diese in einen Knochendefekt gespritzt wird, sollte Folgendes passieren: „Zellen nehmen die Nanopartikel auf. Das Calciumphosphat löst sich auf, und die freigesetzte DNA stößt die Bildung von zwei Proteinen an, die für eine Heilung wichtig sind“, erklärt Epple. „Da ist zum einen BMP-7, das die Knochenbildung anregt, zum andern VEGF-A, das dafür sorgt, dass Blutgefäße entstehen. So kann der neugebildete Knochen mit Nährstoffen versorgt werden.“

Die UDE-Forscher erwarten, dass die Wirkung der Paste lange anhält, da die Nanopartikel nach und nach freigesetzt werden und somit permanent die umgebenden Zellen stimulieren. Dass es funktioniert, haben sie an drei Zelltypen nachgewiesen. Jetzt müssen noch weitere Tests gemacht werden. „Wir hoffen“, so Epple, „dass unsere Entwicklung in einigen Jahren in der Unfallchirurgie und auch bei der Behandlung von Osteoporose helfen kann.“

Die Forschungsergebnisse wurden jüngst im internationalen Journal RSC Advances veröffentlicht:

DOI: http://dx.doi.org/10.1039/C3RA23450A

Weitere Informationen:
Prof. Dr. Matthias Epple,
Tel. 0201/183-2413, matthias.epple@uni-due.de