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Tissue Engineering bezeichnet die Züchtung von Geweben durch die Kombination von Gerüstsubstanzen, die die Form der natürlichen Gewebe nachbilden und von lebenden, gewebespezifischen Zellen, die im Idealfall aus dem Empfänger-organismus durch Isolation und Expansion gewonnen werden. Die für die Bearbeitung solcher Zell-Matrixorganisationen unabdingbare Kooperation zwischen Materialentwicklung und Zellbiologie sowie die untrennbar dazugehörige Prüfung durch Bildgebung von in vivo- und in vitro-Funktionalität hat sich in Hannover hervorragend entwickelt. Im NIFE wurden exzellente Gruppen von acht Standorten in Hannover mit genau diesen wissenschaftlichen Schwerpunkten räumlich und inhaltlich zusammengeführt, was einen entscheidenden Mehrwert für Beförderung von Innovationen geschaffen hat.

Das Konzept Tissue Engineering belegt die Schnittstelle zwischen Biologie (Isolation und Züchtung von Zellen), Medizin (Ersatz von fehlendem oder erkranktem Gewebe) und Ingenieurwissenschaften, einschließlich der Physik und der Chemie (Entwicklung und Herstellung synthetischer Matrices). Mit den ersten erfolgreichen Anwendungen in der Orthopädie (Knorpelersatz) und der Herzchirurgie (Herzklappen-Implantate) wurden die immensen Möglichkeiten dieser Technologie deutlich. Insbesondere der Nachweis des Wachstums implantierter Herzklappen im Körper eines Kindes wirft einen Blick auf völlig neue Wege des Gewebe- und Organersatzes. Ein besonders hoher Bedarf an regenerativer Therapie und Ersatz von degeneriertem Gewebe besteht jedoch bei älteren Menschen, was die Bedeutung des Tissue Engineerings vor dem Hintergrund einer alternden Bevölkerung besonders plausibel macht. Wenn sich die hier vorgestellten Gruppen zunächst auf die Organsysteme Herz-Lunge-Gefäße, Hals-Nasen-Ohren (HNO)-Neuro und Muskulo-Skelettal-Dental fokussieren, so schließt dies nicht Entwicklungen für andere Organe aus, in denen ebenfalls ein dramatisch steigender Bedarf für Tissue Engineering Produkte besteht.

Hannover gehört weltweit zu den führenden Gruppen im Tissue Engineering von Herzklappen (Gruppe Haverich/ Cebotari/ Hilfiker)und Herzmuskelgewebe (Gruppe Gruh/ Martin). Auf dem Gebiet der Herzklappen soll im NIFE eine Erweiterung des Spektrums von Pulmonal- auf Aorten- und Mitralklappen erfolgen, insbesondere unter dem Aspekt der biomechanischen Belastbarkeit (Gruppe Korossis). Im Bereich des vaskulären Tissue Engineerings (Gruppe Böer/Wilhelmi) werden bioartifizielle Gefäßprothesen auf xenogener und autologer Fibrin-Scaffold-Basis entwickelt, Prüfmethoden zur immunologischen Verträglichkeit etabliert und erste präklinische Prüfungen für ausgewählte Produkte durchgeführt. Die Gruppe Heisterkamp, LZH, verfolgt die Wechselwirkung der experimentellen Implantate mit den umliegenden Geweben laseroptisch in vivo. Für zukünftige Verfahren der 3D-Rekonstruktion von (Herz- und Gefäß-) Gewebe wird die bereits sehr erfolgreiche gemeinsame Arbeit mit dem Laserzentrum (Gruppe Chichkov), aber auch der Gruppe Rohde (Rapid Prototyping) mit der Biochemie um die Gruppe Kirschning (abbaubare Biopolymere) von zunehmender Bedeutung sein. All diese Gruppen haben bisher an verschiedenen Standorten in Hannover gearbeitet und werden durch die räumliche Nähe im NIFE in ihrer Zusammenarbeit unterstützt. Eine Zusammenarbeit von experimentellen und klinischen Forschern mit der hier vertretenen Breite und bereits erwiesener tiefer Expertise im Tissue Engineering hat national wie international Spitzencharakter.

Ziel aller Arbeitsgruppen im Forschungsbereich Tissue Engineering ist es, durch transdisziplinäre Ansätze von verschiedenen chirurgischen Abteilungen wie z.B. kardio-vaskulär, HNO oder Zahn-Mund-Kiefer (ZMK) zur rascheren Entwicklung eines Gewebeersatzes für entsprechende Therapieansätze zu gelangen. Im Zentrum der gemeinsamen Forschung und Entwicklung stehen dabei die Strategien, Gewebeersatz zu generieren, der dem nativen Vorbild strukturell wie auch funktionell möglichst nahe kommt. Dies geschieht durch die Optimierung von:

  • Zellquellen und Zellexpansion

  • 3D-Matrizes

  • vaskularisierten Matrizes

  • in vitro- und in vivo-Modellen zur Funktionstestung

  • Evaluierung der immunologischen Verträglichkeit.

Diese Zusammenarbeit wird beispielhaft am Projekt „Vaskularisierung von Knochenersatz“ deutlich: Die mangelnde Vaskularisierung von Tissue Engineering Konstrukten führt zu einer Fehlversorgung der implantierten Gewebe. Um knöcherne Defekte im Kiefer- und Gesichtsbereich zu beheben, entwickelt die Klinik für Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie (Gruppe Gellrich/ Tavassol/ Kampmann) einen Titan-basierten Knochenersatz, der mithilfe einer bioartifiziellen Gefäßprothese (Gruppe Aper/Böer/Wilhelmi) vaskularisiert ist. In diesen Konstrukten soll eine eigene Mikrozirkulation realisiert werden, die das Einheilen unterstützt und das Versagen des implantierten Konstrukts verhindern soll. Der Einsatz geeigneter Markierungsstrategien und optischer Methoden (Gruppe Nolte/ Heisterkamp) erlaubt eine direkte in vivo-Verfolgung des Prozesses.

Zudem hat der Bereich Tissue Engineering das Ziel, Herstellungsprozesse und Prüfverfahren dahingehend zu optimieren und standardisieren, um eine QM-gerechte Produktion einzelner Implantate für die (prä-) klinische Prüfung als Arzneimittel für neuartige Therapien vorzubereiten. Die etablierten Prozesse sollen modulartig in GMP-zertifizierte Betriebe übertragbar sein und so die Herstellung von Prüfpräparaten für die klinische Prüfung maßgeblich vorbereiten. Die so hergestellten Implantate werden in Tierversuchen auf ihre Funktionalität und Sicherheit geprüft. Ferner sollen neue Methoden zur Qualitätsprüfung entwickelt und etabliert werden, die geeignet sind, die hergestellten Gewebe nicht-invasiv zu charakterisieren wie z.B. laseroptische Verfahren zur Charakterisierung der Besiedlungsdichte.

Gleichzeitig wird durch diese enge Zusammenarbeit der verschiedenen Disziplinen eine attraktive Umgebung für den wissenschaftlichen Nachwuchs geschaffen, die eine Aus- und Weiterbildung an den Schnittstellen der biomedizintechnischen Forschung ermöglicht und so dem zunehmenden Bedarf an transdisziplinär ausgebildeten Forschern und Mitarbeitern für Hochschulen, Krankenhäuser und die medizintechnische Industrie Rechnung trägt.