Biomaterial soll geschädigtes Gewebe erneuern

CAU-Wissenschaftlerin erhält EU-Förderung zur Entwicklung neuer Implantate

Wenn bei einem Herzinfarkt Zellen nicht mehr genügend Sauerstoff erhalten, kann Muskelgewebe geschädigt werden oder sogar absterben. Ein Forschungsteam der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) hat ein Material entwickelt, das geschädigtes Gewebe erneuern und zu einer schnelleren Behandlung beitragen soll. Dabei macht es sich zunutze, dass Zellen auf Reize ihrer Umgebung reagieren. In seinem Aufbau und seiner Konsistenz ähnelt das neue Material der natürlichen Umgebung von Zellen. Dadurch können die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler das Verhalten von Zellen gezielt beeinflussen und sie so zum Beispiel zum Wachsen anregen. In einem jetzt gestarteten Projekt will das Forschungsteam um Professorin Christine Selhuber-Unkel das Material zur Marktreife bringen. Gefördert wird es vom Europäischen Forschungsrat mit einem sogenannten Proof-of-Concept-Grant in Höhe von rund 150.000 Euro, mit dem Erkenntnisse aus der Grundlagenforschung schneller in die Anwendung gebracht werden sollen.

Wie sich die Zellen des menschlichen Körpers verhalten, hängt auch von ihrer Umgebung ab. Über Rezeptoren an ihrer Oberfläche erkennen sie äußere mechanische Reize wie die Berührung anderer Zellen oder Oberflächen. Diese Informationen wandeln Zellen in biologische Prozesse um (die sogenannte Mechanotransduktion) und beginnen, sich zu teilen, zu differenzieren oder fangen an zu wandern. Christine Selhuber-Unkel, Professorin für Biokompatible Nanomaterialien, hat mit ihrer Arbeitsgruppe ein Material entwickelt, mit dem sie diesen zellulären Mechanismus imitieren kann. Mit seiner Hilfe lässt sich das Verhalten von Zellen gezielt beeinflussen. „Dank seiner Ähnlichkeit mit der natürlichen Zellumgebung könnte das Material als Implantat in der regenerativen Medizin oder zur Lagerung von Zellen für die Stammzelltherapie genutzt werden“, so die Materialwissenschaftlerin der CAU.

Mit der EU-Förderung will Selhuber-Unkel das Material jetzt zur Marktreife bringen. „Im Austausch mit potenziellen Kunden wollen wir es anhand konkreter Anforderungen weiterentwickeln. Dafür sind wir eng vernetzt mit verschiedenen Ausgründungen der CAU und wir werden Kontakt zu weiteren Firmen aufnehmen“, kündigt Selhuber-Unkel an. Am Ende des Projektes soll ein biokompatibler Prototyp stehen, der sich kostengünstig für verschiedene Anwendungen produzieren lässt.

Forschungsergebnisse zum Nutzen der Gesellschaft anwendbar zu machen und damit den Technologietransfer zu stärken, ist das Ziel der Förderlinie des Europäischen Forschungsrates. „Als Universität wollen wir gesellschaftliche Probleme lösen und unmittelbar das Leben der Menschen verbessern. Deshalb arbeiten wir daran, unsere Forschungserkenntnisse schneller in die Anwendung zu bringen. Das Projekt gibt uns Impulse, wie dieser Transfer künftig besser und zielgenauer erfolgen kann“, freut sich Professorin Karin Schwarz, Vizepräsidentin für Forschung und Technologietransfer an der CAU über die erste bewilligte Förderung dieser Art in Schleswig-Holstein.

Das Besondere an dem neuen Material sind die miteinander verbundenen Hohlkanäle in seinem Inneren: Nur wenige Mikrometer breit durchziehen sie das weiche Hydrogel wie ein System feiner Gänge. Dieser Aufbau ähnelt dem Gerüst aus Proteinen, das Zellen im menschlichen Körper umgibt. Zellen, die in den Kanälen des Hydrogels platziert werden, reagieren über ihre Oberfläche auf das sie umgebende Material. "Der große Vorteil ist, dass wir die Größe und Anordnung der Kanäle bei der Herstellung des Materials genau festlegen können. So nehmen wir gezielt Einfluss auf das Reaktionsverhalten der Zelle und regen sie zum Beispiel zum Wachsen an“, sagt Selhuber-Unkel.

Die Wirksamkeit des Materials wird noch verstärkt von seiner Dreidimensionalität. Denn in den feinen Kanälen sind die Zellen rundherum von dem Hydrogel umgeben. So kommt es mit etwa 80 Prozent der Zelloberfläche in Kontakt, während es in flacher Form nur 50 Prozent der Zelle berühren würde. „Mehr Kontakt bedeutet mehr Kontrolle“, fasst Selhuber-Unkel ein grundlegendes Prinzip des Projektes „Channelmat“ (von englisch „Channel“ für Kanal und „Mat“ für Material) zusammen. Es ist das Resultat einer Kooperation mit der Arbeitsgruppe Funktionale Nanomaterialien um Professor Rainer Adelung im CAU-Forschungsschwerpunkt Kiel Nano, Surface and Interface Science. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler haben ihr Material bereits als Patent angemeldet.

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Zum Vergrößern anklicken	Im Labor an der Technischen Fakultät besiedeln Christine Selhuber-Unkel (rechts), Mohammadreza Taale und Christine Arndt vom Institut für Materialwissenschaften das neue Biomaterial mit Zellen. Foto: Siekmann/CAU Foto zum Herunterladen: www.uni-kiel.de/download/pm/2017/2017-362-1.jpg
Zum Vergrößern anklicken	Das softe Hydrogel könnte zum Beispiel als Implantat in der regenerativen Medizin eingesetzt werden. Seine Marktfähigkeit will das Kieler Team jetzt testen. Foto: Christine Arndt Foto zum Herunterladen: www.uni-kiel.de/download/pm/2017/2017-362-2.jpg
Zum Vergrößern anklicken	Auf der Oberfläche des Materials sind die Hohlkanäle zu erkennen, die sich miteinander verbunden durch das Innere ziehen. Dieser Aufbau ähnelt dem Gerüst aus Proteinen, das Zellen natürlicherweise umgibt. Foto: Katharina Siemsen Foto zum Herunterladen: www.uni-kiel.de/download/pm/2017/2017-362-3.jpg

Informationen zur Förderung Proof-of-Concept-Grant
Mit der Proof-of-Concept-Förderung sollen innovative Forschungsideen aus Projekten, die vom Europäischen Forschungsrat (ERC) bereits mit einem ERC-Grant gefördert wurden, auf ihre Anwendbarkeit geprüft und für den Markt weiterentwickelt werden. Die Fördersumme in Höhe von 150.000 Euro pro Projekt kann zum Beispiel eingesetzt werden für Marktforschung, Machbarkeitsstudien oder zur Erstellung eines Business-Plans. Mit dem Proof-of-Concept-Grant will der Europäische Forschungsrat eine Lücke schließen zwischen Grundlagenforschung und der ersten Phasen der Anwendung.
Mehr Informationen:
https://erc.europa.eu/funding/proof-concept

Kontakt:
Professorin Christine Selhuber-Unkel
Biokompatible Nanomaterialien
Institut für Materialwissenschaft
Tel.: +49 431 880 6198
E-Mail: cse@tf.uni-kiel.de

Details, die nur Millionstel Millimeter groß sind: Damit beschäftigt sich der Forschungsschwerpunkt „Nanowissenschaften und Oberflächenforschung“ (Kiel Nano, Surface and Interface Science – KiNSIS) an der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU). Im Nanokosmos herrschen andere, nämlich quantenphysikalische Gesetze als in der makroskopischen Welt. Durch eine intensive interdisziplinäre Zusammenarbeit zwischen Materialwissenschaft, Chemie, Physik, Biologie, Elektrotechnik, Informatik, Lebensmitteltechnologie und verschiedenen medizinischen Fächern zielt der Schwerpunkt darauf ab, die Systeme in dieser Dimension zu verstehen und die Erkenntnisse anwendungsbezogen umzusetzen. Molekulare Maschinen, neuartige Sensoren, bionische Materialien, Quantencomputer, fortschrittliche Therapien und vieles mehr können daraus entstehen. Mehr Informationen auf www.kinsis.uni-kiel.de

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Text / Redaktion: ► Julia Siekmann