Fortschrittliche Ansätze für Knochenregeneration

Die Förderung der Knochenheilung und -regeneration bleibt in der biomedizinischen Forschung und klinischen Praxis eine große Herausforderung. Knochenheilungsprozesse sind komplex und von zahlreichen biologischen, mechanischen und biochemischen Faktoren abhängig. Biomaterialien, insbesondere Calciumphosphate, bieten vielversprechende Ansätze. Die gezielte Modifikation dieser Materialien hin zu osteostimulativen oder osteoinduktiven Eigenschaften eröffnet neue Möglichkeiten, die Knochenregeneration auf natürliche Weise zu fördern, ohne pharmakologische Wirkstoffe oder Wachstumsfaktoren einzusetzen.

Grafik Molekül

Durch die Anpassung der chemischen Zusammensetzung, Mikro- und Nanostruktur sowie der Oberflächen- und chemischen Eigenschaften lässt sich das osteostimulative und osteoinduktive Potenzial von Biomaterialien weiter verbessern.

Unsere Forschung konzentriert sich auf strukturelle Modifikationen durch Dotierung mit biologisch aktiven Ionen wie Calcium, Magnesium, Strontium oder Silizium. Diese unterstützen eine Balance aus Biostabilität und Abbaubarkeit (Habibovic et al., 2006); Strontiumionen fördern beispielsweise die Osteoblastenaktivität und hemmen Osteoklasten, was die Knochenregeneration verbessert.

Makrostruktur

Die Mikro- und Nanostruktur von Knochenregenerationsmaterialien beeinflusst die Zellinteraktion entscheidend. Poröse Materialien vergrößern die Oberfläche und fördern so Zelladhäsion, Proliferation und Differenzierung (Galois et al., 2002). Nanostrukturierte Oberflächen mit kontrollierter Topographie unterstützen die Differenzierung und Aktivität von Osteoblasten.

Makrostruktur

Eine weitere Möglichkeit zur Bioaktivierung besteht in der Beschichtung von Biomaterialien mit biologisch aktiven Molekülen oder Polymerschichten. Peptid-Beschichtungen wie RGD-Sequenzen fördern die Zelladhäsion und Osteoblastendifferenzierung. Auch Kollagenbeschichtungen unterstützen das Einwachsen von Knochenzellen und stärken die Osteogenese und Materialintegration.

Doppelstruktur

Wir untersuchen außerdem die Kombination von Biomaterialien mit mesenchymalen Stammzellen (MSCs), die osteogen differenzieren und die Knochenbildung unterstützen (Caplan, 2007). Intelligente Biomaterialien, die auf Stimuli wie pH-Änderungen oder Druck reagieren, bieten eine Plattform zur Knochenregeneration bei komplexen Defekten und nutzen die Umgebung als Trigger für die gezielte Freisetzung bioaktiver Ionen.