Menschen werden immer älter. Nicht zuletzt deswegen gewinnen regenerative Therapien und langlebige Implantate zunehmend an Bedeutung. Um Komplikationen wie Entzündungen oder Infektionen zu vermeiden, ist ein besseres Verständnis von Gewebestrukturen und der Nutzbarkeit von Biomaterialien notwendig.

Matrix Evolution, ein interdisziplinärer Verbund von Wissenschaftlerinnen aus unterschiedlichen Fachbereichen der Leibniz Universität Hannover (LUH) und der Medizinischen Hochschule Hannover (MHH), will dazu beitragen, dass künftig komplexere Biomaterialien entwickelt und insbesondere in der regenerativen Medizin sowie der Implantatforschung eingesetzt werden können. Das Niedersächsische Ministerium für Wissenschaft und Kultur fördert das Forschungsvorhaben mit rund 1,5 Millionen Euro.

Biomaterialien – häufig stark vereinfachte Nachbildungen

Biomaterialien, wie Implantate oder andere Konstrukte, die in den Körper eingesetzt werden, spielen eine Schlüsselrolle für den Ersatz verloren gegangener Gewebe und Organe. Die biophysikalischen und biochemischen Eigenschaften von Materialien erschaffen spezifische zelluläre Milieus, die maßgeblich Zellverhalten und -funktion beeinflussen.

Eine breite Palette an natürlichen und synthetischen Stoffen wird zurzeit im Bereich der regenerativen Medizin (zum Beispiel Tissue Engineering) und Implantatforschung eingesetzt oder für die Anwendung erforscht. Obwohl diese Biomaterialien wichtige Anforderungen wie Biokompatibilität, Abbaubarkeit oder mechanische Stabilität bereits erfüllen, stellen sie letztendlich häufig stark vereinfachte Nachbildungen der Materialien dar.

Funktionalität erheblich eingeschränkt

Die EZM ist die Substanz, in die die Zellen in natürlichen Geweben eingebettet sind. Sie weist eine komplex zusammengesetzte und hierarchische Struktur auf, die Gewebeeigenschaften und -funktionen maßgeblich mitbestimmt.

Sie ist darüber hinaus hochdynamisch und wird in physiologischen Prozessen umgebaut und angepasst. Heutige in der regenerativen Medizin und Implantatforschung eingesetzte Materialien bleiben hinter der Komplexität der natürlichen Matrix, die sie ersetzen sollen, weit zurück, was ihre Funktionalität erheblich einschränkt. Daher werden dringend Biomaterialien benötigt, die die natürliche Matrix hinsichtlich ihrer hierarchischen Strukturierung, Komplexität und Dynamik nachahmen und so den Aufbau von definierten, bioresponsiven Architekturen von der Nano- bis hin zur 3-D-Makroebene im Labor ermöglichen.

Neue, bioinspirierte Matrixmoleküle und -materialien könnten zu einer Evolution der Matrix in der Gewebemodellierung führen, mit erheblichen Vorteilen für alle Bereiche der regenerativen Medizin und klinischen Forschung.

Projekt umfasst ein breites Spektrum von Aktivitäten

Um dieses Ziel zu erreichen, umfasst das Projekt ein breites Spektrum von Aktivitäten: von der Erforschung der EZM-Struktur über die Produktion von EZM-Bausteinen, die Verfeinerung der Strukturen, das Überwachen des Zellverhaltens und die In-silico-Modellierung bis hin zur Anwendung im medizinischen Bereich. Für diese interdisziplinäre Herangehensweise ist der Projektleiterinnen-Verbund aus den Disziplinen Zellbiologie/Biophysik, Technischer Chemie, Polymerchemie, Biotechnologie, Bioinformatik und Zahnmedizin/Mikrobiologie exzellent ausgewiesen.

In der Initiative Matrix Evolution werden sechs Gruppen das Thema eng miteinander verzahnt aus unterschiedlichen Perspektiven untersuchen. Die Erkenntnisse des Verbundes werden zunächst für die Implantatforschung eingesetzt und sollen langfristig zu einer Evolution verwendeter Matrizes in der regenerativen Medizin beitragen.

Gleichzeitig mit dem Forschungsvorhaben wollen die beteiligten Forscherinnen zusammen mit anderen Forschungsverbünden am Standort, wie dem Sonderforschungsbereich SIIRI, ein niedersächsisches Frauen-in-der-Wissenschaft-Netzwerk aufbauen, das voraussichtlich zum Herbst 2024 offiziell an den Start gehen soll.

Projektleiterinnen:

• Prof. Dr. Cornelia Lee-Thedieck, Leibniz Universität Hannover (LUH), Institut für Zellbiologie und Biophysik, MatrixNische, Sprecherin
• Prof. Dr. Sophia Rudorf, LUH, Institut für Zellbiologie und Biophysik, MatrixModel
• Prof. Dr. Marie Weinhart, LUH, Institut für Physikalische Chemie, MatrixBlocks
• Prof. Dr. Selin Kara und Dr. Iliyana Pepelanova, LUH, Institut für Technische Chemie, MatrixSynBio
• PD Dr. Antonina Lavrentieva, LUH, Institut für Technische Chemie, MatrixSense
• Prof. Dr. Meike Stiesch und Dr. Carina Mikolai, Medizinische Hochschule Hannover (MHH), Klinik für Zahnärztliche Prothetik und Biomedizinische Werkstoffkunde, MatrixImplant