DFG Projekt PlantVirusBone

In Zusammenarbeit mit Professor Dr.-Ing. Horst Fischer, Universitätsklinikum Aachen, AöR Lehr- und Forschungsgebiet Zahnärztliche Werkstoffkunde und Biomaterialforschung Aachen 

Biomineralisierung dreidimensional gedruckter Hydrogele für den Knochenersatz mittels biotechnologisch modifizierten Pflanzenvirus- Nanopartikeln, die geeignete osteogene Peptide in hohen lokalen Konzentrationen präsentieren (PlantVirusBone) 

Das Ziel des Projektes ist die Herstellung von dreidimensionalen zellbeladenen Matrizen für eine verbesserte Knochenmineralisierung. Dies soll durch die Kombination dreidimensionaler Hydrogel-basierter Bioprinting-Verfahren mit Pflanzenvirus-Nanopartikeln (PVNPs) verwirklicht werden.

Die modifizierten Pflanzenviruspartikel von Kartoffelvirus X (Potato virus X, PVX) und Tabakmosaikvirus (Tobacco mosaic virus, TMV) präsentieren Tausende von Mineralisierungs-induzierenden Peptiden auf der Oberfläche eines jeden Partikels, was eine effiziente Funktionalisierung der Hydrogele mit osteogenen Peptiden in sehr hoher lokaler Konzentration ermöglicht. Des Weiteren sollen die VNPs als Nano-Verbundstoff verwendet werden, um die mechanischen und rheologischen Eigenschaften der Hydrogele in einem weiten Bereich durch die Konzentration und den Mineralisierungseffekt der VNPs zu kontrollieren. Die Peptide-präsentierenden VNPs werden in 2D-Zellkulturen sowie in 3D gedruckten Kollagen-basierten Hydrogelen mit humanen mesenchymalen Stammzellen auf ihre Fähigkeiten hin untersucht, Hydroxyapatit zu kristallisieren. Das Verhalten der eingebetteten Zellen soll detailliert auf ihre osteogene Aktivität hin getestet werden. Zudem werden die strukturellen und mechanischen Eigenschaften sowie die 3D-Druckbarkeit des neuen Biomaterials evaluiert. Das Projekt kombiniert die Fachbereiche Biotechnologie, Molekularbiologie sowie Biomaterialien mit Bioprinting von Hydrogelen und evaluiert das Potential für neuartige, biomimetische Knochenersatzstoffe.