Klinik für Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie

Forschungsbereiche der Arbeitsgruppe „Regenerative Medizin und Vaskuläre Biologie Oraler Strukturen“ (VABOS)

Der Aufbau und Erhalt einer gewebe- oder organspezifischen Vaskularisation stellt die Grundlage der meisten physiologischen und vieler pathologischen Abläufe in der Mundhöhle dar. Die grundlegenden Aufgabestellungen bestehen darin, die anatomische Struktur des Gefäßsystems in der Mundschleihaut, im Kieferknochen, in den Speicheldrüsen und im Kiefergelenk darzustellen,  Veränderungen der Perfusion zu messen und regenerative Prozesse zu aktivieren und unterstützen. Die dafür erforderlichen Methoden und Techniken (histologisch, radiologisch, nuklearmedizinisch, molekularbiologisch), insbesondere für die Anwendung im lebenden Organismus, gilt es zu entwickeln und zu validieren. Die Arbeitsgruppe hat dazu unterschiedliche Schwerpunkte definiert:

1. Osteogene-angiogene Kopplung im Rahmen der Knochenregeneration

Der Ersatz von großen Knochendefekten und Knochenregeneration ist nach wie vor eine große klinische Herausforderung. Aufgrund der hohen Inzidenz von großen segmentalen Knochendefekten oder Frakturen, die auf Trauma, Entzündungen oder Tumoren zurückzuführen sind, gibt es eine enorme Nachfrage nach biologischem Knochenersatzgewebe, um damit kranke Gewebe bei einem Patienten zu ersetzen oder zu regenerieren. Einer der Hauptnachteile bei der klinischen Verwendung von aktuell zur Verfügung stehenden Knochenersatz, oder auch bei der Osseointegration von Implantaten, ist die Unfähigkeit, in der Anfangsphase eine ausreichende Blutzufuhr bereitzustellen, die in weiterer Folge unzureichende Zellintegration und damit Zelltod bewirkt. Ursächlich dafür ist, dass die Rolle der Angiogenese während der Knochenbildung im Allgemeinen und vor allem während der desmalen Entwicklung von Knochen (d.h. der Bildung von Gesichts- und Kieferknochen) nur schlecht definiert und verstanden wird.

Unter Anwendung moderner molekularbiologischer, zellbiologischer als auch histologischer Methoden, sollen die molekularen Mechanismen der „osteogenen-angiogenen” Kopplung erfasst und beschrieben werden. Dies umfasst Projekte mit mesenchymalen Stammzellen (hADSC) und klassischen angiogenen Wachstumsfaktoren, wie z. B. VEGF (Vascular endothelial growth factor), bis hin zu den erst kürzlich entdeckten MicroRNAs (OsteomiRs, AngiomiRs), die bei Knochen- und Gefäßbildung auf genetischer Ebene ebenfalls eine essentielle Rolle spielen. Das Verständnis der wichtigsten molekularen Signalkaskaden, die dabei während der Knochenbildung stattfinden, haben das Potential zukünftig durch regenerative Medizin sowohl Einflussnahme auf eine erfolgreiche Knochengewebe-Regeneration und Reparatur als auch für Diagnose und Behandlung zu nehmen.

Aktuelle Projekte zu diesem Schwerpunkt:

  • Autologe Knochenregeneration mit Hilfe körpereigener hADSC – Analyse angiogener und osteogener Marker auf Gen und Proteinebene
  • Einfluss von mechanischem Stress auf das Differenzierungsverhalten der hADSC
  • Charaktersierung der angiogenen Kaskade bei der „narbenlosen“ Wundheilung in der Mukosa und der dermalen Wundheilung
  • Charakterisierung der angiogenen und vaskulogenen Differenzierung beim Plattenepithelkarzinom der Mundhöhle (Microarrayanalyse, Identifikation prognostischer Marker, Charakterisierung von AngiomiRs)
  • Identifikation und Charakterisation Hypoxie-regulierter microRNAs (Hypoxamirs) in mandibulären humanen Osteoblasten
2. Veränderung der Vaskularisation im Rahmen pathologischer Prozesse

Die pathologisch veränderte Angiogenese oder Vaskulogenese spielt eine entscheidende Rolle bei der Entwicklung chronischer Knocheninfekte (Osteomyelitis) oder Knochennekrosen (Osteoradionekrose, medikamenteninduzierte Knochennekrose). Die Untersuchungen haben zum Ziel, die zellulären und molekularen Zusammenhänge zwischen Gefäßuntergang und Knochenverlust darzustellen. Genexpressionsanalysen aus pathologisch veränderten humanen Knochenproben sollen eine Übersicht über die Aktivierung und Inhibition der angiogenen und osteogenen Kaskaden vermitteln.

Aktuelle Projekte zu diesem Schwerpunkt:

  • Charakterisierung der AngiomiRs und OsteomiRs im gesunden Kieferknochen
  • Charaktersierung der angiogenen und osteogenen Kaskade im gesunden Kieferknochen
  • Charakterisierung der angiogenen und osteogenen Marker auf Gen- und Proteinebene im osteonekrotischen Knochen
  • Analyse der osteogenen Marker auf Gen- und Proteinebene im Kieferknochen von Patienten mit fibröser Dysplasie
3. Visualisierung der intraossären angiogenen Struktur und Messung der funktionellen Knochenperfusion

Die Veränderungen der Vaskularisation durch Alterungsprozesse, degenerative Prozesse oder pathologische Einflüsse können augenblicklich weder strukturell noch funktionell durch radiologische oder nuklearmedizinische Verfahren in vivo am Patienten dargestellt oder gemessen werden. Die aktuellen Verfahren des PET-CT, der dynamischen Kontrastmittelmagnetresonanztomographie, der superselektiven Angiographie und des Molecular Imaging lassen weiterführende Darstellungen und Messungen erwarten. Somit könnte es ermöglicht werden, die individuelle intraossäre Gefäßarchitektur darzustellen und die lokale Knochenperfussion zu messen und daraus Erkenntnisse für geplante operative Verfahren zu gewinnen (z.B. für die Schnittführung und Resektionsgrenzen).

4. Zell-basierte Mikromassenkulturen als Grundlage für die autologe gesteuerte Geweberegeneration.

Der Schwerpunkt der Untersuchungen liegt bei der Anwendung von Zell-basierten Mikromassenkulturen, den sogenannten „Zell-Spheres”, speziell bei deren Entstehung und Auflösung durch Zellmigration. Die angewandten Labor-Techniken umfassen vor allem optische, mikroskopische und immunhistochemische Verfahren. Im Rahmen der Knochenregeneration sollen diese Zell-Spheres in Reinform einen ausgewählten Knochendefekt benetzen und eine hartgewebsspezifische makromolekulare Matrix extrahieren, die auf dem Knochendefekt gezielt verteilt werden soll. Um die erforderlichen Ergebnisse zu optimieren, werden zunächst unterschiedlich behandelte Oberflächen bei der Adhäsion der Zell-Spheres untersucht.
Parallel dazu werden Untersuchungen mit Kopplung der Zell-Spheres an Trägermatrizes (Knochenersatzmaterialien) durchgeführt. Diese müssen zur Wiederherstellung des Knochens biokompatibel sein, den Knochendefekt komplett ausfüllen, bei tragenden Knochen übergangsweise die mechanische Stützfunktion des Knochens übernehmen, die Knochenneubildung unterstützen und danach gut resorbierbar sein. Nach Grundlagenuntersuchungen von Zell-Spheres und unterschiedlich anteiliger „Zell-Sphere Mischungen” aus Hart- und Weichgewebs-Zellen (Osteoblasten, Endothelzellen, Gingivakeratinozyten, PDL-Zellen), ist beabsichtigt, die Wechselwirkung dieser Zell-Spheres mit einem Knochenersatzmaterial (gesintertes PLA/PGA-Copolymer) zu untersuchen. Nach Herstellung, Benetzung der Knochenersatzmaterialien mit Zell-Spheres auf unterschiedlichen Oberflächen sollen diese einen Knochendefekt ausfüllen.

Aktuelle Projekte zu diesem Schwerpunkt:

  • Immunhistochemische Untersuchung der Bildung und Reifung osteoblastenähnlicher Zell-Spheres
  • Knochenregeneration in vitro: Dynamische Analytik mit Anwendungen
  • Qualitative und quantitative Untersuchungen von Mikromassenkulturen als Coatingmaterial auf unterschiedlichen Implantatoberflächen
  • Methoden zur Konditionierung von Implantatoberflächen zur Adaption von Zellspheres
  • Analyse bei der Formierung von Gingivazellen zu Zell-Mikromassenkulturen auf definierten Oberflächen
  • Analyse bei der Auflösung von Gingiva-Mikromassenkulturen durch Zell-Migration auf definierten Oberflächen
 
 
 
 

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