Eine neue „Packaged-DNA“-Methode könnte dabei helfen, die Knochenheilung lokal und gezielt zu stimulieren, haben Forscher herausgefunden. Diese revolutionäre medizinische Innovation könnte laut der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) nach einem komplizierten Knochenbruch oder nach schwerem Gewebeverlust nach einer Operation nützlich sein in einer Pressemitteilung.
Das zeigten Forscher der deutschen Universität gemeinsam mit der Universität Leipzig, der Universität Aveiro (Portugal) und dem Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS in Halle. Sie haben ein neues Verfahren entwickelt, bei dem sie Implantatmaterialien mit einem genaktivierten Biomaterial beschichten, das Stammzellen dazu anregt, Knochengewebe zu produzieren.
Optimierung der Knochenheilungskapazität
Knochen sind ein faszinierendes Beispiel für die Regenerationsfähigkeit des Körpers. Dank ihrer Fähigkeit, an der Frakturstelle neues elastisches Gewebe zu bilden, können sie auch nach einer Fraktur ihre volle Funktionsfähigkeit wiedererlangen. „Doch bei komplizierten Frakturen oder größeren Gewebeverlusten reicht selbst die Selbstheilungskraft eines Knochens nicht mehr aus“, erklärt Professor Thomas Groth, Leiter der Forschungsgruppe Biomedizinische Materialien am Institut für Pharmazie der MLU. Dann sollten Implantate eine Lösung bieten. Allerdings geht das nicht immer gut.
Knochenkrebsbehandlung mit menschlichen Miniknochen
Ein anderer Ansatz
Die Forscher aus Halle, Leipzig und Aveiro bieten daher ein Verfahren an, das Stammzellen gezielter stimuliert und deutlich weniger Nebenwirkungen verursacht. Sie verwenden eine spezielle Schicht-für-Schicht-Technologie, um das Biomaterial auf das Implantat aufzubringen. Dadurch können sie seine Zusammensetzung, Struktur und Eigenschaften auf Nanoebene steuern. „Das ist ein fortschrittliches Verfahren, das wir an der MLU in Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer IMWS perfektioniert haben“, erklärt Thomas Groth.
Dieses Design auf Nanoebene ist nützlich, um das Biomaterial zu funktionalisieren. Anstatt große Mengen BMP-2 direkt in den Biofilm einzubauen und eine unkontrollierte Freisetzung zu riskieren, verpackt es DNA-Fragmente in Lipid-Nanopartikel, die als Transportbehälter dienen. Erst nach dem Einsetzen des Implantats wandert die DNA in die Zellen des Knochengewebes und regt diese zur Produktion von BMP-2 an. Dies wiederum aktiviert die Stammzellen, die die Knochen bilden.
Das Verfahren eignet sich laut Groth grundsätzlich auch für den mRNA-Transport und erweitert damit die Möglichkeiten der Regenerativen Medizin – nicht nur im Bereich des Knochenaufbaus, sondern auch für andere therapeutische Anwendungen.
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