In Zusammenarbeit mit dem Institut für Anorganische Chemie II etablierte und testete die Arbeitsgruppe Biologie des ILM ein vielversprechendes neues injizierbares Material für die Gewebekonstruktion: Sogenannte „selbstorganisierende“ Peptide (self-assembling peptides), die in Gegenwart physiologischer Salzkonzentrationen spontan dreidimensionale Kollagen-ähnliche Strukturen bilden, wurden mit nanodimensionierten Medikamententrägern aus mesoporösem Silica (Mesoporous Silica Nanoparticles, MSN) sowie Knochenvorläuferzellen in Abwesenheit von Salz gemischt und anschließend zu Zellkulturmedium gegeben. Hier, wie potentiell auch im Körper, erfolgt in Gegenwart von Salz eine rasche Gelierung, durch die die Zellen in eine für die Gewebedifferenzierung notwendige 3D-Matrix eingebettet werden. Die Medikamententräger werden durch dieses Verfahren ebenfalls im Gel immobilisiert und dort von den Zellen aufgenommen (s. Abbildung: Inside Back Cover Nanoscale, Ausgabe 34, 2017). In der durch die Baden-Württemberg-Stiftung im Forschungsprogramm „Bioinspirierte Materialsynthese“ geförderten Pilotstudie konnten die Forscher die Biokompatibilität der hybriden Hydrogele demonstrieren. Zudem konnte gezeigt werden, dass die Medikamententräger in Abhängigkeit ihrer Oberflächeneigenschaften in unterschiedlichen Mengen aus dem Hydrogel aufgenommen werden. Ein wesentliches Kriterium für die Aufnahmeeffizienz ist die Adsorption des matrixbildenden Peptids auf der Oberfläche des Nanopartikels. Diese Eigenschaft kann möglicherweise zur präzisen Steuerung biologischer Signale für eine optimierte Gewebekonstruktion in den Hydrogelen genutzt werden. Ziel zukünftiger Forschungsarbeiten der Kooperationspartner ist deshalb eine Systemoptimierung, welche eine präzise und zeitversetzte Freisetzung unterschiedlicher Substanzen für eine reguläre Differenzierung von Vorläuferzellen im hybriden Hydrogel ermöglicht.
Die Ergebnisse der Pilotstudie wurden in der renommierten Fachzeitschrift Nanoscale publiziert (Bernhard Baumann, Rainer Wittig, Mika Lindén: Mesoporous silica nanoparticles in injectable hydrogels: factors influencing cellular uptake and viability. Nanoscale 2017, 9 (34): 12379-12390, doi: 10.1039/c7nr02015e, pubs.rsc.org/).
