Angiointegration
Zellen im Gewebeverband erhalten ihre Nährstoffe und Sauerstoff über ein fein verzweigtes Kapillarsystem, was gleichzeitig auch den Abtransport von Stoffwechselendprodukten sicherstellt. Ohne ein gut ausgebildetes Kapillarsystem können Zellen rein über Diffusion nur über eine Distanz von ca. 150-200 µm ausreichend versorgt werden. Im Rahmen der Regeneration von Weichteil- und Knochengewebe ist deshalb die frühzeitige Bildung neuer Blutgefäße, die Angiogenese, einer der zentralen Prozesse, der über den Erfolg des weiteren Heilungsverlaufs entscheidet. Die neu gebildeten Präkapillaren müssen sich dann zu reifen Gefäßen stabilisieren und Anschluss an das bestehende Gefäßsystem finden, was mit dem Begriff „Angiointegration“ anschaulich beschrieben wird. Im klinischen Alltag stellt eine unzureichende Angiointegration oft eines der größten Herausforderungen dar und kann zu einer verzögerten oder ausbleibenden Heilung führen.
Angiogenese und Angiointegration sind sehr komplexe Prozesse, die das Zusammenspiel mehrerer Zelltypen, wie Endothelzellen, Fibroblasten, Perizyten, Muskelzellen und im Fall von Knochen-spezifischen Fragestellungen auch Knochenzellen erfordert. Neben direkten Zell-Zell-Kontakten spielt auch die zeitlich aufeinander abgestimmte Wirkung einer Vielzahl von Wachstumsfaktoren wie VEGF oder bFGF eine entscheidende Rolle. Die genauen Mechanismen sind bislang noch nicht bis ins Detail geklärt.
Unser Forschungsansatz konzentriert sich deshalb auf ein 3D-Co-Kultur-Modell, das Sphäroid. Gegenüber der konventionellen 2D-Zellkulturtechnik eröffnet die 3D-Anordnung von Zellen weitreichende Möglichkeiten auf Basis direkter Zell-Zell-Kontakte. Sphäroide, die neben Endothelzellen auch weitere Zelltypen enthalten können, zeigen nach Einbettung in einem Gel nach entsprechender Stimulation Aussprossungen (Sprouts), die als Vorläufer gefäßartiger Strukturen angesehen werden. Das Sphäroid kann dabei als zelluläre „black box“ betrachtet werden. Das 3D-Sphäroid-Modell soll uns in Zukunft die Untersuchung des Einflusses von einzelnen Wachstumsfaktoren, unterschiedlicher Zusammensetzungen des Sphäroids und von Sauerstoffmangel (Hypoxie) auf die Sprouting-Rate ermöglichen. Neben diesen in-vitro-Fragestellungen wird die erfolgreiche Angiointegration im murinen Tiermodell im Rahmen einer Kooperation mit dem Institut für Klinisch-Experimentelle Chirurgie, Prof. M.D. Menger, untersucht. Hierbei werden Sphäroide in die Dorsale Rückenhautkammer der Maus implantiert und die Reaktion der Maus (Ausbildung neuer Gefäße zum Sphäroid hin), als auch des Sphäroids (Ausbildung neuer Gefäße zum Kapillarsystem der Maus hin) mittels Intravitalfluoreszenzmikroskopie untersucht.
