Hochleistungsmaterialien und die gezielte Entwicklung ihrer Eigenschaften gehören zu den aktuellen Forschungsfeldern auf dem Gebiet der Materialwissenschaften. In Zukunftsbereichen wie Biomedizin, Umwelttechnologie und Energietechnik werden von ihnen entscheidende Fortschritte erwartet. Anliegen ist es, Materialien und Oberflächen an biologische und medizinische Anwendungen anzupassen und dafür gezielt spezifische Eigenschaften zu erzeugen.
In diesem Umfeld hat sich ein interdisziplinäres Leipziger Forschungsteam bestehend aus den Arbeitsgruppen von Prof. Dr. Stefan G. Mayr (Translationszentrum für Regenerative Medizin, Leibniz-Institut für Oberflächenmodifizierung sowie Fakultät für Physik und Geowissenschaften, Universität Leipzig), Prof. Dr. Josef Käs (Physik weicher Materie, Fakultät für Physik und Geowissenschaften, Universität Leipzig) und Prof. Dr. Andreas Reichenbach (Paul-Flechsig-Institut für Hirnforschung, Universität Leipzig) zusammen gefunden.
Zu den Ergebnissen ihrer Forschung haben die Leipziger Wissenschaftler im Jahr 2012 einen Fachartikel in der hochrangigen Fachzeitschrift „Advanced Materials“ vorgelegt. Im Fokus der interdisziplinären Kooperation, die typisch ist für die Materialwissenschaften, stand die Entwicklung von Trägermaterialien für die Langzeitkultivierung von adultem neuronalem Gewebe. Dabei konzentrierten sich die Forscher auf das Metall Titan als Trägermaterial und auf Netzhaut und Gehirnschnitte erwachsener Säugetiere als neuronales Gewebe. Die hohe Biokompatibilität von Titan und seinen Oxiden ist seit mehreren Jahrzehnten belegt; heutzutage greifen 40 Prozent der Implantate auf Titan zurück. Und Langzeitkulturen von adultem Nervengewebe eröffnen die Chance, regenerative Mechanismen im Gehirn zu erforschen. Doch bislang gibt es das Problem, dass eine Kultivierung von adultem Gewebe kaum länger als wenige Stunden oder Tage möglich war.
Mit ihren Ergebnissen nun zeigen die Forscher, dass sich die Kultivierung adulter neuronaler Gewebe auf einen Zeitraum von zwei Wochen ausdehnen lässt. Zum einen bieten Nanoröhren aus Titandioxid als Substratmaterial eine verbesserte Anhaftung des Gewebes an das Substrat; zum anderen wird das Gewebe kontinuierlich mit Nährlösung versorgt.
Die neue Methode öffnet der Forschung das Fenster zur Entwicklung sowohl neuer Medikamententests, die die gewebespezifische Genexpression abbilden, als auch neuer Umgebungsfaktoren für die Differenzierung von Stammzellen oder den Aufbau von Stammzell-Nischen. Außerdem konnte gezeigt werden, dass Titandioxid-Nanoröhren optimal geeignet sind, um mechanische Eigenschaften oder Veränderungen zu von Gewebe – beispielsweise die Elastizität zu testen. Für die Langzeitkultivierung von adultem Gewebe stellt dies einen enormen Fortschritt dar.
Daniela Weber (TRM Leipzig)
Das Translationszentrum für Regenerative Medizin (TRM) Leipzig wurde im Oktober 2006 mit dem Ziel gegründet, neuartige Diagnostik- und Therapieformen der regenerativen Medizin zu entwickeln, zu evaluieren und in die klinische Anwendung zu überführen. Die Arbeit des Zentrums wird durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) und den Freistaat Sachsen gefördert. Die Forschung in der regenerativen Medizin, einem relativ jungen Zweig der Biomedizin, ist auf die Heilung bzw. funktionelle Wiederherstellung erkrankter Gewebe und Organe durch die Anregung körpereigener Regeneration oder durch biologischen Ersatz gerichtet.
Publikation:
Valentina Dallacasagrande, Mareike Zink, Steven Huth, Alexander Jakob, Marcus Müller, Andreas Reichenbach, Josef A. Käs and Stefan G. Mayr, Tailoring Substrates for Long-Term Organotypic Culture of Adult Neuronal Tissue, Advanced Materials 2012, 24, 2399–2403.
Information und Kontakt:
Prof. Dr. Stefan G. Mayr
Translationszentrum für Regenerative Medizin (TRM) Leipzig | Universität Leipzig
c/o Fakultät für Physik und Geowissenschaften | Leibniz-Institut für Oberflächenmodifizierung
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Daniela Weber
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