DFG Sonderforschungsbereich 1444 – Gezielte zelluläre Selbstorganisation zur Förderung der Knochenregeneration 

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    bereich 1444

    Gezielte zelluläre Selbstorganisation zur Förderung der Knochenregeneration

  • DFG Forschungsgruppe 2165

    Der Sonderforschungsbereich entstand aus der Forschergruppe Regeneration im Alter.

Gezielte zelluläre Selbstorganisation zur Förderung der Knochenregeneration

Der DFG Sonderforschungsbereich 1444 zielt darauf ab, am Beispiel der Knochenheilung die grundlegenden Mechanismen zu entschlüsseln, die zwischen Erfolg und Misserfolg bei der Regeneration von muskuloskelettalem Gewebe ausschlaggebend sind. Der Knochen stellt eines der wenigen Gewebe im Körper dar, das eine intrinsische Fähigkeit zur narbenfreien Heilung besitzt. Einzigartig ist dabei, dass der Knochen an der Schnittstelle zwischen mechanischer Stabilität und dem immunologischen sowie metabolischen Gleichgewicht agiert und alle Ebenen vom Molekül bis zum Gewebe einschließt.

Wissenschaftlicher Hintergrund des SFB 1444

Klinischer Hintergrund

Mangel an Bewegung und Gewichtszunahme und die wachsende Zahl an sportlich aktiven Senioren in einer immer älter werdenden Gesellschaft verursachen eine überdurchschnittliche Zunahme muskuloskelettaler Erkrankungen. Dabei variiert das Heilungspotential stark in den verschiedenen Patientengruppen. Ein tiefergehendes Verständnis über Veränderungen der endogenen Heilungsprozesse durch z.B. das Alter, den metabolischen Status oder die immunologische Erfahrung fehlt weitestgehend. Grundsätzlich könnten Regenerative Therapien neue Lösungen für Heilungsprozesse in klinisch anspruchsvollen Situationen bieten; derzeit bleiben diese Ansätze aber oft in komplexeren klinischen Fällen hinter den Erwartungen zurück. Für die Entwicklung erfolgreicher regenerativer Therapien erscheint es daher essentiell, die Hindernisse endogener Regenerationskaskaden zu identifizieren. Das Ziel dieses SFBs ist es – am Beispiel der Knochenregeneration – die grundlegenden Mechanismen, die zum Erfolg oder Scheitern endogener Regenerationskaskaden führen, zu entschlüsseln. Knochen ist eines der wenigen Gewebe, das zur narbenlosen Heilung und damit kompletter funktioneller und strukturellen Wiederherstellung fähig ist. Es ist damit ein ideales Modellsystem, um generelle Prinzipien endogener Heilung zu verstehen, die auch für Regenerationsprozesse anderer Gewebe als Blaupause von großer Bedeutung sein können.

Zelluläre Selbstorganisation während der Knochenheilung

Knochenheilung wird durch zelluläre Selbstorganisation initiiert, die die regenerativen Prozesse durch alle folgenden Heilungsphasen leitet. Die frühe Heilungsphase ist für den langfristigen Heilungserfolg essentiell; auch verzögerte Frakturheilung wird bereits in dieser sehr frühen Phase initiiert. Zentral für alle regenerativen Kaskaden, die durch zelluläre Selbstorganisation gesteuert werden, sind (1) eine gut kontrollierte Immunantwort, (2) eine Balance von Nährstoffversorgung und –verbrauch (3) sowie eine gut strukturierte Neuorganisation der Matrix mit Wiederherstellung der Gewebevorspannung. Für eine erfolgreiche Geweberegeneration müssen diese drei Kernaspekte gezielt gesteuert und eng abgestimmt wechselwirken. Zum Beweis dieser Hypothese wollen wir das Zusammenspiel dieser Mechanismen verstehen, die bisher oft nur einzeln betrachtet wurden. Deshalb wollen wir entschlüsseln, (1) wie ihre Wechselwirkungen kontrolliert und reguliert werden, (2) wie diese Wechselwirkungen sich während normaler Alterungsprozesse anpassen, so dass Regeneration bis ins hohe Alter prinzipiell möglich bleibt und (3) wie jeder der drei Mechanismen durch Stressoren behindert wird. Innerhalb einer 12 Jahresperspektive dieses SFBs wollen wir uns initial auf das Verstehen der Wechselwirkungen der drei Kernaspekte der Heilung konzentrieren. In der zweiten Förderperiode beabsichtigen wir, den Effekt von Stressoren auf diese Wechselwirkung der drei Kernaspekte der Heilung zu verstehen. Schließlich möchten wir in der dritten Förderperiode die Kontrolle und Steuerung der drei Kernaspekte der Heilung und ihrer Abhängigkeiten erreichen, insbesondere bei verzögerter Heilung in klinisch kritischen Situationen. Wir planen das so gewonnene Verständnis von neuen „Steuermöglichkeiten" sowohl in präklinischen als auch First-in-Men Studien zu überprüfen und damit die Grundlage für personalisierte Therapieansätze zu legen.