Tissue Engineering und Bioreaktortechnologie
Der Ausdruck Tissue Engineering bezeichnet die Zucht von Geweben (z.B. Haut, Knorpel, Knochen) im Labor. Zur Behandlung größerer Defekte, die der Körper nicht mehr selber heilen kann (Defekte kritischer Größe), wird häufig patienteneigenes (autologes) Gewebe transplantiert, welches an einer anderen Stelle des Körpers entnommen wurde. Die Idee des Tissue Engineerings ist auf derartige Transplantationen verzichten zu können und dem Patienten dennoch ein optimal funktionierendes autologes Gewebe zur Verfügung zu stellen. Dazu werden dem Patienten Zellen entnommen und im Labor vermehrt. Abhängig von der Gewebeart erfolgt anschließend die Aufsiedlung der Zellen auf ein dreidimensionales Trägermaterial und die Ausdifferenzierung zum gewünschten Gewebe – soweit die Theorie. In der Praxis stellt das Tissue Engineering die Wissenschaft vor zahlreiche Herausforderungen: Jeder Zelltyp hat besondere Eigenschaften und Bedürfnisse, funktionelle Gewebe entstehen erst wenn Zellen differenzieren (d.h. sich auf bestimmte Funktionen spezialisieren), verschiedene Zelltypen differenzieren zu unterschiedlichen Geweben und nicht jedes Trägermaterial ist für jeden Gewebetyp geeignet. Das Kerstin Reimers Labor beschäftigt sich mit diesen Herausforderungen. Ein Schwerpunkt ist der Einsatz von Fettstammzellen für die Gewebezucht. Diese Zellen sind im Fettgewebe jedes Menschen zu finden. Sie lassen sich sehr einfach aus einer Gewebeprobe isolieren und vermehren. Aus Fettstammzellen können neben Fett auch Bindegewebe, Sehnen, Knorpel und Knochen gezüchtet werden. Um zu den genannten Geweben zu differenzieren benötigen die Fettstammzellen je nach Differenzierungsziel bestimmte Reize. Diese können z.B. mechanische Belastungen darstellen, die in einem Bioreaktor (ein geschlossener Behälter zur sterilen Kultivierung von Zellen und Geweben) appliziert werden. Neben dem Tissue Engineering auf Basis von Fettstammzellen kommt im Kerstin Reimers Labor auch der Zucht artifizieller Haut eine große Bedeutung zu. Hierzu werden unter anderem Spinnenseide und synthetisch hergestellte Materialien eingesetzt.
Laminarflow Bioreaktor
Im Bereich dieser Bioreaktortechnologie wurden bereits mehrere internationale Patente für Entwicklungen der Abteilung zusammen mit verschiedenen Kooperationspartnern erteilt. Detaillierte Informationen sind unter folgenden externen Links abrufbar:
https://patents.google.com/patent/US20170062645A1/en
https://patents.google.com/patent/US9222074
Publikationen unserer Arbeitsgruppe
An Y, Reimers K, Allmeling C, Liu J, Lazaridis A, Strauss S, Vogt PM (2020). Large-Volume Vascularized Muscle Grafts Engineered From Groin Adipose Tissue in Perfusion Bioreactor Culture. Journal of Craniofacial Surgery 31(2), 588-593.
Dastagir K, Dastagir N, Limbourg A, Reimers K, Strauß S, Vogt PM (2020). In vitro construction of artificial blood vessels using spider silk as a supporting matrix. Journal of the mechanical behavior of biomedical materials, 101, 103436.
Kolodziej M, Strauss S, Lazaridis A, Bucan V, Kuhbier JW, Vogt PM, Könneker S (2019). Influence of glucose and insulin in human adipogenic differentiation models with adipose-derived stem cells. Adipocyte. 8(1):254-264.
Schlottmann F, Strauss S, Hake K, Vogt PM, Bucan V (2019). Down-Regulation of MHC Class I Expression in Human Keratinocytes Using Viral Vectors Containing US11 Gene of Human Cytomegalovirus and Cultivation on Bovine Collagen-Elastin Matrix (Matriderm®): Potential Approach for an Immune-Privileged Skin Substitute. Int J Mol Sci. 20(9):2056.
Vogt PM (2017). Tissue conservation, preservation and substitution in plastic surgery. Innovative Surgical Sciences, 2(4), 163-164.
Weyand B, Israelowitz M, Kramer JM, Bodmer C, Noehre M, Strauß S, Schmälzlin E, Von Schroeder HP, Reimers K, Vogt PM (2015). Three dimensional modelling inside a differential pressure laminar flow bioreactor filled with porous media. BioMed Research International doi:10.1155/2015/320280
Weyand B, Nöhre M, Schmälzlin E, Stolz M, Israelowitz M, Gille C, von Schroeder HP, Reimers K, Vogt PM (2015). Noninvasive oxygen monitoring in three-dimensional tissue cultures under static and dynamic culture conditions. BioResearch open access, 4(1), 266-277.
Strauß S, Neumeister A, Barcikowski S, Kracht D, Kuhbier JW, Radtke C, Reimers K, Vogt PM (2013) Adhesion, Vitality and Osteogenic Differentiation Capacity of Adipose Derived Stem Cells Seeded on Nitinol Nanoparticle Coatings. PLoS ONE 8(1): e53309. doi:10.1371/journal.pone.0053309
Mirastschijski U, Kerzel C, Schnabel R, Strauss S, Breuing KH (2013). Complete Horizontal Skin Cell Resurfacing and Delayed Vertical Cell Infiltration into Porcine Reconstructive Tissue Matrix Compared to Bovine Collagen Matrix and Human Dermis. Plastic & Reconstructive Surgery 132(4):861–869. doi: 10.1097/PRS.0b013e31829fe461
Weyand, B., Kasper, C., Israelowitz, M., Gille, C., von Schroeder, H. P., Reimers, K., & Vogt, P. M. (2012). A differential pressure laminar flow reactor supports osteogenic differentiation and extracellular matrix formation from adipose mesenchymal stem cells in a macroporous ceramic scaffold. BioResearch open access, 1(3), 145-156.
Strauß S, Dudziak S, Hagemann R, Barcikowski S, Fliess M, Israelowitz M, Kracht D, Kuhbier JW, Radtke C, Reimers K, Vogt PM (2012). Induction of osteogenic differentiation of adipose derived stem cells by microstructured Nitinol actuator-mediated mechanical stress. PLoS ONE 7(12): e51264. doi:10.1371/journal.pone.0051264
Herold C, Rennekampf HO, Ohm L, Strauß S, Linkner J, Reimers K, Allmeling C, Vaske B, Vogt PM (2012) Apoptosis in extracorporeal preserved inguinal fat flaps of the rat. Apotptosis 17(4):400-409, DOI: 10.1007/s10495-011-0682-1.
Israelowitz M, Weyand B, Rizvi S, Vogt PM, von Schroeder HP (2012). Development of a laminar flow bioreactor by computational fluid dynamics. Journal of Healthcare Engineering, 3.
Weyand B, Schmälzlin E, Stolz M, Israelowitz M, Gille C, von Schroeder HP, Reimers K, Vogt PM (2012). Application of a laser-based sensor for real-time oxygen monitoring in threedimensional tissue cultures. Journal of Tissue Engineering and Regenerative Medicine, 6.
Koch L, Deiwick A, Schlie S, Michael S, Gruene M, Coger V, Zychlinski D, Schambach A, Reimers K, Vogt PM, Chichkov B (2012). Skin tissue generation by laser cell printing. Biotechnology and bioengineering, 109(7), 1855-1863.
Koch L, Kuhn S, Sorg H, Gruene M, Schlie S, Gaebel R, Polchow B, Reimers K, Stoelting S, Ma N, Vogt PM, Steinhoff G, Chichkov B (2010). Laser printing of skin cells and human stem cells. Tissue Engineering Part C: Methods, 16(5), 847-854.
Ansprechpartner
Laborleitung
Dr. rer. nar. Sarah Strauß
Tel.: 0511 532 – 8863
strauss.sarah(at)mh-hannover.de
Projektleitung Laminarflow-Bioreaktor
Dr. med. Birgit Weyand
Tel.: 0511 352 – 0