Forschung - Biomaterialien und Tissue Engineering

Das Forschungsspektrum der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Dr. Ralf Smeets ist auf Grundlagenforschung und klinisch orientierte Anwendungsforschung ausgerichtet und stützt sich aktuell auf 3 Hauptpfeiler:

  • Tissue engineering von Knochen, Weichgewebe, Nerven und Hautäquivalente sowie Stammzell-Therapien
  • Erforschung und Weiterentwicklung der Einsatzmöglichkeiten von neuartigen Biomaterialien:
    - Seide (Membranen und Vliese) und Textilien (PDLLA-, PGA-, PVDF-basiert)
    - Keramiken mittels "selective laser melting (SLM)"
    - Magnesium als resorbierbarer Implantatwerkstoff
  • Drug delivery Systeme für Zytokine und Medikamente

Ein Verlust an Unterhautfettgewebe nach Verbrennungen, im Bereich eingefallener Narben, nach Trauma oder syndromal bedingter Defekte im Gesichtsbereich, lassen sich mit den heute zur Verfügung stehenden Methoden der Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie ohne geeignete Weichteilgewebstransplantate nicht befriedigend korrigieren. Als Alternative zu den herkömmlichen Methoden wird deshalb im Rahmen des ersten und dritten Hauptpfeilers unserer Forschungstätigkeiten ein Biohybrid entwickelt, welches auf Seide basiert und in das verschiedene Wachstumsfaktoren integriert wurden. Durch dieses von der DFG (Deutsche Forschungsgemeinschaft) geförderte Projekt soll ein anzüchtbarer Fettgewebsersatz entwickelt werden. Das Verhalten dieses neuartigen bioaktiven Scaffolds (Gerüststruktur) als Trägermaterial für Fettgewebszellen wird im Rahmen des Projektes eingehend untersucht. Die Technik verspricht die Entwicklung von großvolumigen Fettgewebstransplantaten, welche gezielt gezüchtet werden können. Es ist bekannt, dass Seide bzw. das darin enthaltenen Fibroin die Wundheilung nachweislich fördert. Daher wird in einem von der Werner Otto Stiftung geförderten Projekt eine Seidenmembran zur Heilungsverbesserung großer, offener Wunden im Sinne eines Hautersatzes erforscht. Weiterhin wird in einem vom BMWi (Bundesministerium für Wirtschaft und Energie) geförderten Projekt mit dem Titel "In vitro- und in vivo-Untersuchungen an Seidengel-Stammzell-Suspensionen" an der Möglichkeit einer Stammzell-Therapie zur Behandlung der Osteoarthritis des Kiefergelenks geforscht.

Neben der Erforschung der hochinteressanten Möglichkeiten des Tissue Engineering und der Stammzell-Therapien beschäftigt sich unsere Klinik mit der Herstellung von patientenspezifischen Implantaten. Die derzeitige operative Versorgung von Brüchen des Gesichtsschädels erfolgt unter Einsatz von Metallplatten, die aus einer Titanlegierung bestehen und in einigen Fällen nach einem bestimmten Zeitraum wieder entfernt werden müssen. Daher sind biodegradierbare, patientenspezifische Knochenimplantate wünschenswert, die sich nach einiger Zeit im Körper auflösen. In einem vom BMBF geförderten Verbundprojekt entwickeln wir in Kooperation mit der RWTH Aachen und der Firma Meotec diese neuartige Technologie, die Magnesium als Implantatwerkstoff nutzbar macht. Magnesium, als körpereigener Bestandteil, erfüllt aufgrund seiner uneingeschränkten Biokompatibilität und knochenähnlichen Festigkeit wichtige Anforderungen eines Implantatwerkstoffs. Die klinische Anwendbarkeit war bisher durch einen vorzeitigen Funktionsverlust aufgrund frühzeitiger Resorption im feuchten Milieu des Körpers und durch Blasenbildung im Rahmen der Freisetzung von Wasserstoffgas limitiert. Durch spezielle Oberflächenmodifikationen und Makrostrukturierungen soll das Degradations- und Einwachsverhalten optimiert werden und eine gleichmäßige Auflösung erreicht werden.

Weiterhin wird derzeit in einem vom BMWi geförderten Projekt mit dem Titel "Festigkeits- und Biokompatibilitätsuntersuchungen an einer Kollagenmembran mit resorbierbarer Magnesium-Stütz-Struktur" in Kooperation mit der Firma Botiss an der Entwicklung einer resorbierbaren Barrieremembran gearbeitet. Durch diese Membran könnten Revisionsoperationen entfallen, die derzeit zur Entfernung herkömmlicher Titan-verstärkter Membranen nötig sind. Auch ein neuartiges Verfahren zur Laser-gestützten Herstellung von Scaffolds und virtuell entworfenen Implantaten ("selective laser melting") ist Gegenstand unserer Forschungsaktivitäten.