Der fächer- und standortübergreifende Forschungsschwerpunkt der regenerativen Medizin und Wundheilung umfasst verschiedene innovative Ansätze zum Thema funktioneller Biomaterialien zur Steuerung von Heilungs- und Regenerationsprozessen des Hart- und Weichgewebes.

Durch die enge Vernetzung komplementärer Expertisen (u.a. Chirurgen, Materialwissenschaftler, Immunologen, Biophysiker, Biochemiker, Bioinformatiker, Chemiker, Zellbiologen und klinisch tätige Ärzte) steht im Rahmen einer interdisziplinären Betrachtung nicht nur die präklinischen Grundlagenforschung sondern auch die Überführung in die klinische Anwendung im Fokus.

Dabei kommen neuartige Biomaterialien (u.a. biomedizinische Seide, Magnesium, Keramiken) und zukunftsträchtige Technologien (z.B. Stammzelltherapie, Eigenblutkonzentrate (PRP, PRGF), blutplasmastabilisierte Augmentate, Hyaluronsäure, Laser und atmosphärisches Kaltplasma) zum Einsatz.

Zu den zentralen Forschungsschwerpunkten zählen:

Weichgewebsregeneration

• Wundheilungsmodelle (u.a. in vitro 3D-Wundmodelle; Biofilm-Modelle)
• Funktionalisierung von Membranen und anderen Scaffolds
• Anwendung atmosphärischer Kaltplasmen

Infektionsprävention / -behandlung

• Innovative Behandlungsansätze bei Parodontitis, Periimplantitis und fremdkörperassoziierter Infektionen
• "Intelligente" Wundverbände /-adhäsive (u.a. "resorbierbare Pflaster"; neuartige Gewebekleber)

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a) Makroporöser Schwamm aus Seidenfibroin als Hämostyptikum bei gerinnungsinkompetenten Patienten; b) Resorbierbarer Wundkleber auf Seidenbasis; c)-d): Wundpflaster

3D-Ex-Vivo-Wundmodelle aus humaner Haut

Unsere Arbeitsgruppe untersucht das Potenzial von Seidenfibroin-basierten Biomaterialien zur Unterstützung der Wundheilung. Hierfür kommt ein humanes 3D-Ex-vivo-Wundmodell (B) zum Einsatz, das aus humaner Vollhaut (Abdominoplastiken) gewonnen wird. Dieses Modell erlaubt eine realitätsnahe Untersuchung zentraler Wundheilungsprozesse unter kontrollierten Bedingungen.

Untersucht werden sowohl gegossene Seidenfibroinmembranen als auch elektrogesponnene Vliesmatrizen (Nonwoven) aus Seidenkokons des Seidenspinners Bombyx mori (A). Unsere Studien zeigen, dass beide Materialtypen eine hohe Biokompatibilität aufweisen und die Proliferation von Keratinozyten fördern. Dadurch wird ein früher Wundschluss unterstützt, der mit der Ausbildung einer mehrschichtigen, epidermalen Struktur und einer vollständigen Reepithelialisierung einhergeht (C).

3D-orales Schleimhaut-Wundorganoid

Neben kutanen Wundmodellen steht auch die Wundheilung oraler Schleimhautgewebe im Fokus unserer Forschung. Aufgrund der limitierten Verfügbarkeit von gesundem nativem humanem Schleimhautgewebe für ex-vivo-Studien arbeiten wir mit rekonstruierten, zellbasierten Modellen (F).

Das orale Schleimhaut-Wundorganoid basiert auf einem zweischichtigen Aufbau aus humanen Gingiva-Fibroblasten und -Keratinozyten, die in einer Kollagenmatrix eingebettet sind. Nach Erzeugung einer teilschichtigen Wunde können verschiedene Test-Biomaterialien in das Modell implantiert werden. Die anschließende Inkubation erfolgt unter standardisierten Bedingungen über einen Zeitraum von bis zu 20 Tagen, gefolgt von einer detaillierten histologischen Auswertung.

Im Vergleich zu Spendergewebe bieten diese rekonstruierten Modelle den Vorteil einer hohen Reproduzierbarkeit und Standardisierbarkeit und eignen sich daher besonders für vergleichende präklinische Untersuchungen.

Insgesamt zeigt sich ein hohes Potenzial dieser Biomaterialien für präklinische Testsysteme, insbesondere zur Untersuchung von Gewebeintegration und Reepithelialisierung. Das ex-vivo-Wundmodell stellt dabei eine wichtige Brücke zwischen klassischen In-vitro-Tests und klinischen Anwendungen dar.

Funktionalisierung von Seidenwundmaterialien

In einem weiteren Schritt werden die Seidenmaterialien gezielt modifiziert und funktionalisiert, um zusätzliche Effekte auf die Wundregeneration zu untersuchen. Eine aktuelle Arbeit unserer Arbeitsgruppe befasst sich mit der Inokulation von extrazellulären Vesikeln in Seidenfibroin-Matrizen (DFG gefördertes Projekt (FKZ: AP 94/3-1 | RI 2616/5-1 | SM 214/8-1)) (D). Extrazelluläre Vesikel sind mikroskopisch kleine, von Zellen freisetzbare Partikel, die dem interzellulären Informationsaustausch dienen und bioaktive Moleküle transportieren. Ihr therapeutisches Potenzial wird bereits in verschiedenen Kontexten der Wundheilung intensiv erforscht. Der Einbau dieser Vesikel in eine Seidenfibroin-Wundmatrix erfolgt in unterschiedlichen Ausführungen und ermöglicht eine gezielte Beeinflussung regenerativer Prozesse. Die Effekte der funktionalisierten Materialien können im ex-vivo-Wundmodell unter anderem histologisch und immunhistochemisch bewertet werden, beispielsweise anhand von Proliferationsmarkern wie Ki-67 (E).

A) Seidenfibroin-Biomaterialien: Membran (links) und Vlies (rechts) - makroskopische und elektronenmikroskopische Aufnahmen. B) 3D-Wundmodell gewonnen aus humaner Vollhaut (Abdominoplastik). C) Histologische Aufarbeitung (Hämatoxylin & Eosin) des Wundmodells nach 20 Tagen Wundheilung für 1. Membran und 2. Vlies. Studie: Strenge JT et al., 2024.