Mit der Überalterung der Bevölkerung steigt auch der Bedarf an Biomaterialien für die chirurgische Orthopädie, Forschungsschwerpunkt ist vor allem vaskularisierter Knochenersatz.

Schwere Komplikation treten vor allem dann auf, wenn der Knochen nach einer Fraktur nicht zusammenwächst, weil der Heilungsprozess gestört ist. Findet das Zusammenwachsen nicht oder verzögert statt (delayed oder non union bzw. Pseudoarthrose), sind oft synthetische Knochenmaterialien nötig, die aber technisch noch nicht ausgereift sind, um neue Blutgefäße zu bilden (Angiogenese).

Gefäßbildung ist entscheidend für den Heilungsprozess, der über mechanische und chemische Faktoren reguliert wird. Solche mechanischen Komponenten sind etwa die durch den Blutfluss selbst erzeugte Scherspannung und extrazelluläre Steifigkeit.

Das EU-finanzierte Projekt „Vascular bone“ (VB) sollte diese Wissenslücke schließen und untersuchte Parameter für Steifigkeit und Angiogenese zur Synthese von pro-angiogenem Knochenersatz. Die Blutversorgung ist abhängig von Endothelzellen (EC), die die Blutgefäße auskleiden. Getestet wurde, wie sich niedrige bzw. hohe Steifigkeit des Substrats auf die gefäßbildenden Eigenschaften von EC auswirkt. Offenbar steigt mit höherer Steifigkeit auch die Knochenfestigkeit.

An einem Co-Kultursystem ohne Zell-Zell-Kontakt wurde getestet, inwieweit sich humane mesenchymale Stammzellen zu osteoblastenähnlichen Zellen differenzieren können. Am interessantesten dabei war, dass Steifigkeit offenbar Einfluss auf die Proteinaktivität wie auch die Expression von Wachstumsfaktoren hat.

VB lieferte damit neues Wissen zu den Umgebungsbedingungen für eine effektive Knochenheilung, von dem vor allem ältere Menschen mit Osteoporose und damit einhergehendem hohen Frakturrisiko profitieren werden. Die Nachfrage nach Knochenersatzmaterial zur Behandlung von Pseudoarthrose in der chirurgischen Orthopädie ist daher enorm.

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