Projektleiter: 
Prof. Dr. rer. nat. Martin Möller
Prof. Dr. rer. nat. Joachim Rychly

Synthetische Matrizes werden in Kombination mit einer kontrollierten mechanischen Anregung eingesetzt, um die biologische Reaktion und Entwicklung von mesenchymalen Stammzellen zu steuern. Wir gehen dabei davon aus, dass die gegenüber der in vivo-Situation reduzierte Komplexität der zellulären Umgebung, d.h. die synthetisch definierten chemischen und physikalischen Eigenschaften und mechanischen Stimuli die biologischen Antworten der Zellen nachvollziehbar kontrollieren können. Die in der ersten Förderperiode durchgeführte Entwicklung von Hydrogelen und hydrogelbeschichteten Oberflächen, auf denen die Zelladhäsion und auch die Adsorption von Proteinen weitgehend verhindert wird und die damit für die Zellen praktisch „unsichtbar" sind, die aber gleichzeitig eine gerichtete, kovalente Anbindung biologischer Liganden erlauben, ermöglichte die Untersuchung der Zellen, wenn diese ausschließlich über RGD-Peptide und Fibronektin als funktionelle Adhäsions-komponenten adhärieren. Die zunächst mit einfachen Mustern durchgeführten Studien (homogen oder in Streifen auf einer dünnen mechanisch unnachgiebigen Hydrogelschicht aufgebrachte Liganden) zeigten, dass die funktionellen Antworten der Zellen durch die Art des Substrates (z. B. ob lineares oder zyklisches RGD-Peptid vorliegt) und durch eine zusätzliche mechanische Integrinstimulation bestimmt werden. Die über Integrine mechanisch induzierten biologischen Antworten, wie die Expression von osteogenen Differenzierungsmarkern oder VEGF, hängen dabei von der Art des Adhäsionssubstrates ab. Die Möglichkeiten zur gezielten strukturellen Variation der Substratstruktur wurden systematisch weiterentwickelt. Dies betrifft (i) die Einstellung der Elastizität der Substrate, (ii) den Übergang von 2D- zu 3 D-strukturierten Substraten, (iii) die ortskontrollierte Anbindung von Liganden und (iv) die kontrollierte Freisetzung von biologischen Signalmolekülen.

Projektleiter:
Prof. Dr. rer. nat. Doris Klee
Dr. rer. nat. Nan Ma

Die aktuelle Entwicklung der rekonstruktiven Medizin hat hohe Anforderungen an moderne Scaffolds für das Tissue Engineering, die die passive Biokompatibilität weit übersteigen. Neben der Bioabbaubarkeit sind eine spezifische Oberflächenfunktionalität und eine dreidimensionale Struktur, die der des zu ersetzenden Gewebes möglichst ähnlich ist und die eine Vaskularisierung ermöglicht, Voraussetzungen für die Rekonstruktion funktionellen Gewebes. Im ersten Berichtszeitraum wurden Ergebnisse erzielt, die als einzelne Bausteine zur Entwicklung eines dreidimensionalen biofunktionalen Faserkonstrukts mit den geforderten Eigenschaften für die Fettgewebekultivierung zu werten sind:

Projektleiter:
Prof. Dr. med. Gustav Steinhoff

Zu Beginn der ersten Förderperiode wurde ein Konzept für die Manipulation von non-viralen Vektoren entwickelt und die Anforderungen hinsichtlich des Mikrosystems definiert. Das Konzept basiert auf den grundlegenden Prozessen, die am Institut für Mikroproduktionstechnik (IMPT) für die Herstellung von Mikrosystemen angewendet werden. Dieses Mikrosystem besteht aus Mikrospulen, die ein magnetisches Feld in einer weichmagnetischen Polzeile erzeugen. Parallel zum Design entwickelte und charakterisierte das Forschungslabor der Klinik und Poliklinik für Herzchirurgie der Universität Rostock (KHC) verschiedene non-virale Vektoren auf der Basis von Polyethylenimin (PEI) und magnetischen Nanopartikeln für unterschiedliche Anwendungen.

Projektleiter:
Prof. Dr. med. dent. Meike Stiesch
Dr. rer. nat. Csaba Laszlo Sajti
Prof. Dr. rer. nat. Martin Möller

Medizinische Implantate bestehen aus artifiziellen Materialien, an denen Bakterien adhärieren und sich in komplexen und antibiotikaresistenten Biofilmgemeinschaften organisieren können. Die in der Folge entstehenden Entzündungsreaktionen und damit verbundenen fortschreitenden destruktiven Prozesse führen zu Funktionsverlusten des Implantats und erheblichen Beeinträchtigungen des Patienten bis hin zu teilweise lebensbedrohlichen Komplikationen. Der Verlust von Implantaten durch bakterielle Infektionen ist für viele medizinische Disziplinen wie die Zahnmedizin, Hals,- Nasen-, Ohrenheilkunde oder Chirurgie von hoher klinischer Relevanz. In der Wissenschaft hat sich das zahnärztliche Implantat aufgrund seiner guten Zugänglichkeit und weiten Verbreitung als optimales Modellsystem für die Erforschung von implantatassoziierten Infektionen herauskristallisiert. Allein in der Bundesrepublik Deutschland werden jährlich 1 Million zahnärztliche Implantate inseriert, von denen etwa 30 % eine bakteriell bedingte Infektion (Periimplantitis) entwickeln. Der Schwerpunkt zahlreicher Forschungsaktivitäten zur Entwicklung antibakterieller Implantatmaterialien liegt heute auf der statischen Funktionalisierung von Oberflächen z.B. durch Anbindung und Freisetzung von antibakteriellen Substanzen zur Reduktion der bakteriellen Biofilmbildung. Ein Problem besteht jedoch nach wie vor darin, eine solche antibakterielle Wirkung langfristig aufrechtzuerhalten und eine selektive Wirkung auf Bakterienzellen zu erzielen, die der Anlagerung körpereigener Zellen nicht entgegen gerichtet ist.