ImmunTissue – Makrophagenbasierte in-vitro Analysenplattform zur biologischen Implantattestung

Call Name: Forschung an den Wiener Fachhochschulen

Der lukrative Markt der Implantat-Technologie wird in den letzten Jahren vermehrt von Start-Ups und KMUs erobert, die innovative Ideen wie regenerative Implantate aus dem 3D Drucker umsetzen wollen. Der Bereich des Tissue Engineering kann dabei nicht nur zur Optimierung von Biomaterialien, sondern aufgrund des umfassenden Know-hows über das Zusammenspiel von Biomaterialien, Zellen und mechanischer Stimulation auch zur Entwicklung von innovativen Testsystemen zur Identifizierung von geeigneten Implantat-Materialien beitragen. Zur Testung von Implantatfunktionalität und –sicherheit müssen kostenintensive und derzeit auch meist sehr risikobehaftete in vivo Experimente durchgeführt werden. Das Risiko besteht hier vor allem in unerwarteten Reaktionen, die nach unauffälliger in vitro Analyse bei in vivo Experimenten auftreten. Aufgrund der derzeitigen Konditionen in in vitro Systemen (z.B. fehlende Einbindung des Immunsystems, unzureichende Testung von zu erwartender mechanischer Stimulation) kommt es beim Übergang zu in vivo Studien oft zum Scheitern des Produkts. Ziel des hier beantragten Projekts ist die Entwicklung einer Analyseplattform, mittels derer Implantat Materialien vorab in vitro aussagekräftig und kostengünstig charakterisiert werden können. Neben dem wirtschaftlichen Aspekt wird durch dieses Projekt auch die in der EU-Richtlinie 2010/63 verankerte 3R-Strategie „Reduce, Refine, Replace“ zur Reduzierung und Vermeidung von Tierversuchen vorangetrieben.

Die Gewebeneubildung nach einer Behandlung mit Implantaten – und somit der Behandlungserfolg – hängt neben grundlegenden Eigenschaften des Materials (z.B. Nicht-Toxizität) vor allem von der Antwort des Gewebes auf das Implantat ab. Essentiell für ein erfolgreiches Einheilen des Implantats in vivo ist dabei in erster Linie die Reaktion von Zellen des Immunsystems und hier vor allem der Switch von entzündungsinduzierenden M1- Makrophagen zu immunregulierenden M2 Makrophagen. In diesem Projekt soll diese Erkenntnis berücksichtigt und eine in vitro Plattform entwickelt werden, die es ermöglicht, die von Implantat-Materialien hervorgerufene Makrophagenpolarisation zu analysieren. Dabei sollen auch mechanische Kräfte, die auf das Implantat wirken werden, bedacht werden. Die Kopplung der Analyseplattform an bereits an der FTHW etablierte künstliche 3D-Gewebekulturen (z.B. Skelettmuskelgewebe, peripheres Nervengewebe) ermöglicht zudem eine gewebespezifische Beurteilung der ultimativen in vivo Implantatperformance und – sicherheit und eine Analyse des Einflusses des Implantats auf die Regenerationskapazität von adulten Stammzellen. Zusammengefasst soll in dem hier beantragten Projekt eine Makrophagen-basierte Analyseplattform für Implantate entwickelt und damit eine aussagekräftige, kosteneffiziente und risikoarme in vitro Testung von innovativen Implantat-Produktideen im „Medtech“-Bereich ermöglicht werden.