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ZonalCartHT: Hochdurchsatz-Tissue-Engineering soll die Knorpelregeneration revolutionieren
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Forscher des Leibniz-Instituts für Polymerforschung Dresden haben, gemeinsam mit ihren Partnern am Universitätsklinikum Heidelberg, in einem Wettbewerb für radikal neue Tissue-Engineering-Konzepte der Bundesagentur für Sprunginnovation, SPRIN-D FUNKE, gewonnen: Mit dem Projekt ZonalCartHT wollen sie nun die Behandlung von Knorpeldefekten revolutionieren. Das Projekt läuft bis zum 30. Juni 2024, bei einer Fördersumme von 500.000 EUR.
Die Regeneration des Gelenkknorpels stellt aufgrund seiner speziellen Architektur und den begrenzten Behandlungsmöglichkeiten derzeitig eine große medizinische Herausforderung dar. Alltägliche Unfälle und Sportverletzungen führen häufig zu Knorpeldefekten, die langfristig Gelenkschäden und Arthrose verursachen können. Das Projekt ZonalCartHT möchte dieses Paradigma durch die Entwicklung eines robusten Hochdurchsatzverfahrens für Tissue-Engineering verändern. Dabei wird ein modulares Biohybrid-Hydrogel, mit Hilfe von statistischer Versuchsplanung und maschinellem Lernen dahingehend moduliert, um innerhalb dieser Wachstumsmatrix eingebettete Stammzellen zur Bildung von funktionalen, bizonalem Knorpelgewebe anzuregen.
In Zukunft soll dieser in vitro erzeugte zonale Knorpel in der Klinik zur Behandlung kritischer Knorpeldefekte eingesetzt werden. Im Gegensatz zu herkömmlichen Therapien soll ZonalCartHT nicht nur die obere Knorpelschicht, sondern auch den basalen, knöchernen Knorpel wiederherstellen. Dieser radikal neue Ansatz bietet eine höhere Scherfestigkeit bei Bewegungen, eine gute Integration mit dem subchondralen Knochen und eine verbesserte Lastübertragung, was eine vollständige Wiederherstellung der Knorpelfunktion verspricht.
Das Team hinter ZonalCartHT hat bereits die Wirksamkeit maßgeschneiderter Biohybrid-Hydrogele bei der Stabilisierung der zonalen Knorpelarchitektur und der relevanten Zelltypen nachgewiesen. Ihre bahnbrechenden Forschungen zu zellinstruktiven, wachstumsfaktormodulierenden Glykosaminoglykan-Hydrogelen in Kombination mit rationaler Versuchsplanung, Hochdurchsatz-Tissue-Engineering-Verfahren und geeigneten Tiermodellen sind der Schlüssel zur erfolgreichen Entwicklung der Technologie, die für die Herstellung von bizonalem Knorpel in vitro erforderlich ist.
Im Anschluss an dieses innovative Projekt soll ZonalCartHT in die klinische Translation überführt werden und somit die Therapie von Knorpeldefekten revolutionieren, um dadurch zahllosen Menschen neue Hoffnung auf Heilung ihrer Beschwerden zu geben.
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Researchers from the Leibniz Institute of Polymer Research Dresden, together with their partners from Heidelberg University Hospital, were successful in SPRIN-D FUNKE, a competition for radically new tissue engineering concepts organized by the German Federal Agency for Disruptive Innovation: Within ZonalCartHT, the aim is to transform the way to treat cartilage defects. The project is scheduled to run until June 30, 2024, with a funding amount of EUR 500,000.
Articular cartilage has long posed a challenge for regeneration due to its avascular nature and the limitations of current treatments. Everyday accidents and sports injuries often result in cartilage defects that can lead to long-term joint damage and osteoarthritis. ZonalCartHT aims to change this paradigm by developing a robust high-throughput tissue engineering process for bizonal cartilage. This involves adapting a modular biohybrid hydrogel matrix using design of experiment (DOE)/machine learning approaches to guide the fate decision of embedded stem cells into biomimetic bizonal cartilage. In the future, these cartilage constructs shall be used in the clinic for the treatment of full-thickness articular cartilage defects, overcoming the main shortcomings of current clinical therapies that lead to insufficient regeneration of the zonal structure, of mechanical instability of the repair tissue and integration problems with the subchondral host bone.
The team behind ZonalCartHT has already demonstrated the potency of customized biohybrid hydrogels in stabilizing cartilage architecture and cell phenotypes, while inhibiting calcification and unwanted remodeling. Their groundbreaking research on cell-instructive growth-factor modulating glycosaminoglycan hydrogels combined with rationally-designed high-throughput tissue engineering strategies and appropriate animal models are key to the successful development of the technology required to produce bizonal cartilage in vitro.
Following this innovative project, ZonalCartHT shall be transferred to the clinic and thus revolutionize the treatment of cartilage defects, giving countless people new hope of a cure for their complaints.
16.01.2024