Biologische Materialanalytik

Die Arbeitsgruppe Biologische Materialanalytik unterstützt die Implantatentwicklung mit Forschungsarbeiten an definiert immunologisch wirksamen, biokeramischen Werkstoffen und entwickelt standardisierte immunbiologische Prüfverfahren für neuwertige (biokeramische) Implantatmaterialien vor allem für den dentalen, aber auch endoprothetischen Bereich.

Ziel hierbei ist es modulare bzw. hierarchisch strukturierte Materialoberflächen zu entwickeln, die eine patienten- und / oder krankheitsspezifische Therapieanwendung ermöglichen. Letztlich sollen entsprechende diagnostische Schnelltests und Verfahren zur Materialcharakterisierung etabliert und validiert werden.

Leistungsspektrum:

• Auftragsforschung und Verbundprojekte, Machbarkeitsstudien
• Charakterisierung von Proteinadsorption an Materialoberflächen und Grenzflächen
• Entwicklung geeigneter Methoden zur immunbiologischen Materialprüfung
• Beeinflussung und Steuerung der Adsorption spezifischer Proteine
• Topische Funktionalisierung (»Drug Depots«) biokeramischer Oberflächen
• Immunbiologische In-vivo-Untersuchungen (murines Mausmodell) zur Beurteilung der Integrität von (biokeramischen) Implantatmaterialien
• Durchführung von immunbiologischen, diagnostischen Tests (Dienstleistung)

In dem hier beantragten Projekt geht es um den Aufbau einer kompetenten Arbeitsgruppe, die sich mit der Entwicklung von neuartigen, smarten biokeramischen Implantaten für den klinischen Einsatz im orthopädischen und dentalen Bereich befasst. Das langfristige Ziel ist es, immunologisch wirksame Biomoleküle, Pharmazeutika oder Signalstoffe als Additive in neue Implantate einzubringen, sodass die Fremdkörperreaktion des Immunsystems gesteuert bzw. reguliert werden kann. Mit dem Werkstoffwissen und den Herstellungstechnologien biokeramischer Werkstoffe und Oberflächen am Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme (IKTS) bietet sich die Chance diese »Immunantwort« des biologischen Organismus, also die Immunreaktion an der Grenzfläche zwischen Implantat und Gewebe, nach dem Einbringen des Fremdkörpers in den Körper positiv zu steuern. Somit kann eine initiale Entzündungsreaktion des biologischen Organismus vermieden und die Integrität des Implantats in das körpereigene, periimplantäre Gewebe des Patienten unterstützt werden. Dies ist wiederum ein entscheidender Schritt, um eine langanhaltende Stabilität zu gewährleisten und die Anzahl an Revisionsoperationen infolge einer Implantatlockerung und -instabilität auf lange Sicht zu senken.

• Zaatreh S, Wegner K, Strauß M, Pasold J, Mittelmeier W, Podbielski A, Kreikemeyer B, Bader R. Co-culture of S. epidermidis and human osteoblasts on implant surfaces: An advanced in vitro model for implant-associated infections. PLoS One. 2016 Mar 16;11(3):e0151534. DOI dx.doi.org/10.1371/journal.pone.0151534. eCollection 2016.
• Pasold J, Zander K, Heskamp B, Grüttner C, Lüthen F, Tischer T, Jonitz-Heincke A, Bader R. Positive impact of IGF-1-coupled nanoparticles on the differentiation potential of human chondrocytes cultured on collagen scaffolds. Int J Nanomedicine. 2015 Feb 4;10:1131-43. DOI dx.doi.org/10.2147/IJN.S72872. eCollection 2015.
• Kasten A, Grüttner C, Kühn JP, Bader R, Pasold J, Frerich B. Comparative in vitro study on magnetic iron oxide nanoparticles for MRI tracking of adipose tissue-derived progenitor cells. PLoS One. 2014 Sep 22;9(9):e108055. DOI dx.doi.org/10.1371/journal.pone.0108055. eCollection 2014.
• Markhoff J, Mick E, Mitrovic A, Pasold J, Wegner K, Bader R. Surface modifications of dental ceramic implants with different glass solder matrices: in vitro analyses with human primary osteoblasts and epithelial cells. Biomed Res Int. 2014;2014:742180. DOI dx.doi.org/10.1155/2014/742180. Epub 2014 Sep 14.
• Pasold J, Engelmann R, Keller J, Joost S, Marshall RP, Frerich B, Müller-Hilke B. High bone mass in the STR/ort mouse results from increased bone formation and impaired bone resorption and is associated with extramedullary hematopoiesis. J Bone Miner Metab. 2013 Jan;31(1):71-81. DOI dx.doi.org/10.1007/s00774-012-0394-9. Epub 2012 Nov 29.
• Pasold J, Osterberg A, Peters K, Taipaleenmäki H, Säämänen AM, Vollmar B, Müller-Hilke B. Reduced expression of Sfrp1 during chondrogenesis and in articular chondrocytes correlates with osteoarthritis in STR/ort mice. Exp Cell Res. 2013 Mar 10;319(5):649-59. DOI dx.doi.org/10.1016/j.yexcr.2012.12.012. Epub 2012 Dec 21.
  
• Jonitz A, Lochner K, Peters K, Salamon A, Pasold J, Mueller-Hilke B, Hansmann D, Bader R. Differentiation capacity of human chondrocytes embedded in alginate matrix. Connect Tissue Res. 2011;52(6):503-11. DOI dx.doi.org/10.3109/03008207.2011.593673. Epub 2011 Jul 25.