2005-2008:

BMBF Förderprogramm “Nanobiotechnologie”

Verbundprojekt “Nukleinsäure-Vektor nanostrukturierte Präparate zum Tissue Engineering” gemeinsam mit Baxter Deutschland GmbH, Deutsches Herzzentrum München, Physik Department Ludwig-Maximilians-Universität München.

FKZ 0312019A. Teilprojekt “Nukleinsäure-aktivierte Implantate zur Wund-, Knorpel- und Knochenheilung”

Mit nanobiotechnologischen Verfahren werden neue Materialien zum Tissue Engineering hergestellt, die als Träger genetischer Information die lokale Differenzierung von Zellen zum Zwecke der Gewebe(re)generation bewirken können. Nukleinsäuren transportierende Nanopartikel werden in Materialien biologischen oder synthetischen Ursprungs eingebracht bzw. deren Oberflächen beschichtet. Die Trägermaterialien selbst bzw. die aufgebrachte Oberflächenschicht dienen als gegebenenfalls formgebende Matrix für Zellwachstum. Im Zuge der Kolonialisierung der Matrix mit Zellen erfolgt Nukleinsäuretransfer in die Zellen. Dadurch werden die Zellen vorübergehend programmiert, gewünschte Wachstumsfaktoren zu produzieren oder umgekehrt, die Produktion bestimmter Proteine zu unterbinden. In Folge wird die Entwicklung der Zellen bzw. des Zielgewebes in einer Weise gesteuert, die einen beabsichtigten therapeutischen Effekt, wie etwa verbesserte Wund-, Knochen- oder Knorpelheilung oder Wachstum von Blutgefäßen hervorruft. Projektziele sind Etablierung und Optimierung von Herstellungsverfahren sowie der Nachweis therapeutischer Wirksamkeit in der Gewebe(re)generation.

Using tools of nanobiotechnology new materials for tissue engineering will be developed that are carriers of genetic information. As such these materials are intended to induce cell differentiations für the purpose of tissue regeneration. Nucleic acid transporting nanoparticles are incorporated into natural or synthetic biomaterials, or, surfaces of such biomaterials will be coated with such nanoparticles. The biomaterials or the coated surfaces serve as scaffolds for cell growth. When cells colonize such matrices they get transfected by the immobilized gene vectors. In this manner they are programmed to transiently produce growth factors encoded by the gene vectors, or, to shut down the expression of certain target genes. Consequently, the development of cells or of the target tissue will be directed in a manner to generate a therapeutic effect such as improved wound, bone or cartilage healing or novel blood vessel formation. Major goal of the project is establishing and optimizing preparation procedures as well as providing proof of principle in tissue regeneration.

The gene activated matrix concept. (1) Gene vectors are immobilized on or in a biomaterials scaffold. (2) Cells colonize the matrix, encounter gene vectors and subsequently get transfected (3). They start to express the encoded gene. In case of growth factor genes, this leads to an autocrine and paracrine stimulation of transfected and surrounding non-transfected cells.