Der körpereigene Gelenkknorpel stellt als Stoßdämpferschicht einen integralen Bestandteil unserer Gelenke dar und gewährleistet eine jahrzehntelange Funktionstüchtigkeit. Unfälle, einseitige Belastungen oder intrinsische Knorpelerkrankungen können zu lokalen Schädigungen in der Knorpelschicht führen. Diese lokalen Schäden unter Abwesenheit einer flächenhaften Schädigung des Gelenkknorpels (Endstadium der Arthrose) betreffen meist jüngere, aktive Patientinnen und Patienten und können zu langanhaltenden Schmerzen, Funktionseinschränkungen und auch einem beschleunigten Arthroseprozess beitragen. Die körpereignen Reperaturmechanismen des Gelenkknorpels sind sehr begrenzt, sodass symptomatische Knorpelschäden oft einer chirurgischen Therapie bedürfen, um eine Regeneration des Defektareas zu ermöglichen. Die Entwicklung klinisch effektiver knorpelregenerativer Operationsverfahren stellt eine herausfordernde Aufgabe der modernen Orthopädie dar. Die regenerativen Verfahren zielen darauf ab, nicht nur Symptome zu lindern, sondern die strukturelle und biologische Integrität des Gelenkknorpels möglichst wiederherzustellen und damit die Notwendigkeit eines Gelenkersatzes zu umgehen.
Wir legen großen Wert auf einen translationalen Ansatz, der klinisch etablierte Techniken mit den Möglichkeiten der modernen Molekularbiologie und Biomaterialentwicklung kombiniert.
Laufende Studien
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HydroSilk – Entwicklung eines bioresponsiven Regenerates zur Reperatur (osteo)chondraler Defekte
Die Knorpelregeneration unter Zuhilfenahme körpereigenen Zellen und moderner zellbiologischer Techniken wird als Tissue Engineering bezeichnet, und ist in Form der sog. Autologen Knorpelzelltransplantation klinisch etabliert. Die Arbeitsgruppe hat ein bioresponsives Hydrogel entwickelt, das die physiologische Gelenkmechanik als steuernden Reiz für die Differenzierung von Knorpel- bzw. Vorläuferzellen („Stammzellen“) zu chondrozytären Zellen sowie für die Synthese knorpelspezifischer extrazellulärer Matrix nutzt. Diese Erkenntnisse werden zur Weiterentwicklung eines neuartigen Hybrid-Biomaterials genutzt. Das Hybridkonzept vereint eine bioinspirierte Faserarchitektur aus Seidenfasern, welche die native Anatomie und mechanische Funktion des Gelenkknorpels nachbildet, mit einem Hyaluronsäure-basierten Hydrogel als zellinstruktiver Matrix. Ein zentraler Schwerpunkt liegt auf der gezielten Optimierung der Zell–Biomaterial-Interaktionen, um die Re-Differenzierung von in vitro expandierten Zellen innerhalb des Biomaterials effektiv zu fördern. Hierbei werden systematisch Erkenntnisse aus klinisch etablierten und erfolgreichen Biomaterialien integriert, um die präklinische Entwicklung zu beschleunigen und eine effektive Grundlage für die klinische Translation zu schaffen.
Die Erkenntnisse der Grundlagenforschung werden in der Arbeitsgruppe ergänzt durch klinische Studien zur Knorpelregeneration. Als Teil der AMIC-Study-Group werden insbesondere die klinische Wirksamkeit der Minced-Cartilage Technik im Vergleich zur etablierten Autologen matrix-induzierten Chondrogenese (AMIC) untersucht. Neben klinischen Scores (z. B. KOOS, IKDC) werden bildgebende Verfahren (MRT mit erweiterten Knorpelsequenzen) und intraoperative Befunde systematisch erfasst, um strukturelle Heilung, Graft-Integration und mögliche Risikofaktoren für Re-Operationen zu charakterisieren. Die Ergebnisse werden im AGA Knorpel Komitee gemeinsam mit führenden Experten auf dem Gebiet der Knorpelregeneration diskutiert, um strukturierte Anwendungsempfehlungen für neuartige knorpelregenerative Verfahren geben zu können.
Die Studien erfolgen in Kooperation mit dem AO Research Institute (Davos, Schweiz); dem Anatomischen Institut zu Kiel (Prof. Dr. Kurz), der Mund-Kiefer-Gesichtschirurgie am UKSH, Campus Kiel (Dr. Weitkamp) und dem Institut für Institut für Textilmaschinen und Textile Hochleistungswerkstofftechnik (Dr. Wöltje). Die AMIC-Study Group erfolgt in Kooperation mit Prof. Gille (Klinikum Pinneberg).
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CartCalm – Kontrolle des entzündlichen Milieus nach einem Knorpeltrauma zur Unterstützung der Regeneration
Die gezielte Kontrolle des post-traumatischen Gelenkmilieus stellt höchst wahrscheinlich einen entscheidenden Baustein in der erfolgreichen Behandlung von Knorpeldefekten dar. Die post-traumatisch freigesetzten Entzündungs-Botenstoffe hemmen die Knorpelregeneration und führen zur Bildung eines klinisch uneffektiven Faserregenerates. Die Arbeitsgruppe untersucht in einem In-Vitro-Traumamodell am Anatomischen Institut zu Kiel die Mechanismen der Knorpeldegeneration nach einem mechanischen Trauma („Unfall“) sowie den Einfluss immunmodulierender Faktoren wie Interleukin 10 (anti-entzündliches Zytokin) oder plättchenreiches Plasma (PRGF).
Das Projekt erfolgt in enger Zusammenarbeit mit dem Anatomischen Institut der CAU zu Kiel (Prof. Dr. Bodo Kurz)
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Vari-PRP
Platelet-Rich Plasma (PRP) wird zunehmend in der Orthopädie als Therapieoption, unter anderem im Kontext lokaler Knorpelschäden, Arthrose und Muskelverletzungen, eingesetzt. Die ausgeprägte Variabilität der PRP-Zusammensetzung (zellulär und molekular) trägt jedoch maßgeblich dazu bei, dass bislang keine ausreichende Evidenz für einen standardisierten therapeutischen Einsatz von PRP bei muskuloskelettalen Erkrankungen besteht. Diese Heterogenität erschwert die Standardisierung von Protokollen, die Vergleichbarkeit von Studien und die Durchführung mechanistischer Untersuchungen.
In unserer Forschung untersuchen wir die zelluläre und molekulare PRP-Zusammensetzung in Abhängigkeit von klinischen Parametern (u. a. Blutentnahmezeitpunkt, BMI und Ernährungsverhalten), um Einflussfaktoren auf bioaktive, therapeutisch relevante Substanzen in PRP zu identifizieren. Das Verständnis dieser Variabilität in PRP und ihrer zugrunde liegenden Faktoren ist entscheidend, um eine verlässlichere Evidenzbasis zu generieren und die PRP-Therapie zu optimieren und zu personalisieren.
Ansprechpartner:
VesSIGN - Vesicular SIGNaling messengers in cartilage degeneration and regeneration
Als Vesikel werden in unseren Zellen begrenzte Räume bezeichnet, welche Enzyme, Mediatoren oder sonstige bioaktive Substanzen enthalten können. Wir untersuchen extrazelluläre Vesikel im Gelenkknorpel und Gelenkraum als potenzielle Schlüsselmediatoren regenerativer Prozesse. Mittels hochauflösender Mikroskopie und quantitativer Analysen wird die räumliche Verteilung und Zusammensetzung von extrazellulären Vesikeln in gesundem und früh-arthrotischem Knorpel ex-vivo charakterisiert. Die Studiengruppe zielt darauf ab Profile Extrazellulärer Vesikel mit klinischen Verläufen nach PRP-, Minced-cartilage- und AMIC-Therapie zu untersuchen, um diese potentiell sowohl als Biomarker für Therapieansprechen als auch als eigenständige therapeutische Plattform nutzbar zu machen.
Das Projekt erfolgt in enger Kooperation mit dem Anatomischen Institut der CAU zu Kiel (Prof. Dr. Bodo Kurz)
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