Mann schaut durch ein Mikrofon.

Biologische Basis der muskuloskeletalen Regeneration

Wir sind eine interdisziplinäre Arbeitsgruppe mit einer engen Verbindung zu unseren klinischen Kollegen. Durch diese Kooperation ist es uns möglich an aktuellen Problemen der Orthopädie und Unfallchirurgie zu forschen und Lösungsansätze zu entwickeln. Unser Hauptaugenmerk liegt im Verständnis der Knochenregeneration, der Entwicklung von Methoden zur Infektprophylaxe und -behandlung, sowie im Verständnis der Grundlagen der Sehnenbiologie. Unter Verwendung von in-vitro-Modellen verschiedener Zelltypen und unterschiedlicher Tiermodelle untersuchen wir Möglichkeiten die Knochenheilung zu beeinflusst und Infektionen zu behandelt, sowie die Prozesse der Sehnendegeneration und -heilung.

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Forschungsschwerpunkt

Knochen

Das Knochengewebe kann – unter optimaler chirurgischer Behandlung und innerhalb eines entsprechenden Zeitraums – Defektsituationen regenerieren, ohne dass sich Narbengewebe bildet. Größere Knochendefekte, die der Organismus nicht selbst überbrücken kann, werden zur Unterstützung der Regeneration mit Knochenersatzmaterial behandelt, welches eine stabile Leitstruktur für die Knochenneubildung bietet. In der Regel wird autologes Knochenmaterial genutzt, d.h. vom Patienten selbst stammendes Material. Jedoch treten häufig bei der Gewinnung von autologen Material Komplikationen auf. Daher werden mittlerweile alternativ auch allogene oder alloplastische Materialien eingesetzt.

Um das Füllmaterial zu verbessern, müssen die Materialeigenschaften untersucht werden. Unsere Gruppe hat weitreichende Kenntnisse bei der Analyse von Knochenmaterialien. Mit einem von uns etablierten Versuchsaufbau können wir die Wachstumsfaktoren innerhalb des Knochenmaterials quantifizieren, die Wirksamkeit des Materials bei unterschiedlichen Zelltypen in vitro testen (Abb. 1) und die Wirksamkeit von Materialien in einem Tiermodell mit kritischer Größe untersuchen. Dieser Ansatz erlaubt uns, eine detaillierte Analyse von existierenden und neu entwickelten Materialien durchzuführen.

Eine weitere schwere Komplikation bei der Knochenheilung ist die Infektion (Osteomyelitis) und wir arbeiten an der Entwicklung neuer spezifischer Therapieansätze. Die Kombination aus geeignetem Knochenersatzmaterial, spezifischem Antibiotikum und optimaler Dosis sowie deren Freisetzung ist für eine erfolgreiche Therapie wichtig.

Das Wissen zu biologischen Prozessen während der Knochenheilung und die Analysen von Ersatzmaterialien werden zur Verbesserung der Knochenregeneration und der Entwicklung neuer Therapien verwendet. Biomaterialien können dann individuell mit Wirksubstanzen angereichert werden und dienen der Prophylaxe oder Therapie von Infekten oder der Stimulation der Knochenregeneration. Diese klinisch relevante Forschung zielt darauf ab, neues Knochenersatzmaterial zu entwickeln, um verschiedene Knochendefektsituationen patientenspezifisch zu behandeln.

Sehnen

Neben der Knochenheilung beschäftigt sich die Arbeitsgruppe seit einigen Jahren mit der Sehnenheilung. In den letzten Jahren ist es uns dabei gelungen eine umfangreiche Zellbank von Tenozyten aus humanem Sehnenmaterial von unterschiedlichen Spendergruppen aufzubauen. Die Zellen wurden charakterisiert und Zellen von älteren und weiblichen Spendern, sowie von Spendern mit hoher fettiger Infiltration des Muskels (Indiz für einen hohen Degenerationsgrad) zeigten ein schlechteres Zellwachstum, eine verringerte Koloniebildungsrate und eine reduzierte Kollagen I Synthese. Dies könnte für ein schlechteres Heilungspotential verantwortlich sein und stellt damit einen möglichen Ansatzpunkt für die Entwicklung neuer Therapien zur Unterstützung der Sehnenheilung nach chirurgischen Rekonstruktionen dar.Die Anwendung von Wachstumsfaktoren könnte eine mögliche Therapieoption sein. Wichtige zellbiologische Charakteristika, wie die Zellaktivität und Expression und Synthese von Kollagen I und III konnten durch die Stimulation mit Bone Morphogenetic Protein BMP-2 und BMP-7 dabei in allen Spendergruppen stimuliert werden. Jedoch zeigten Zellen von älteren weiblichen Spendern und von Spendern mit hoher fettiger Infiltration ein verringertes Stimulationspotential.

Tenozyten nach Aktin und Dapi-Färbung in einem Kollagen-Scaffold

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Team

Gruppenbild AG Wildemann
(v.l.n.r.) Franka Klatte-Schulz, Gerry Giese, Britt Wildemann, Christopher Differ, Nicole Bormann, Elisabeth Huber, Thomas Aleyt, Larissa Schön, Susann Minkwitz

Dipl.-Ing (FH) Nicole Bormann
Tel. +49 (0)30-450 536 186
E-mail: nicole.bormann@charite.de

MSc Christopher Differ 
Doktorand
E-mail: christopher.differ@charite.de

Elisabeth Huber
Doktorandin (Vetmed.)
E-mail: elisabeth.huber@charite.de

Dr. rer. medic Franka Klatte-Schulz
Postdoc
Tel. +49(0)30-450 559 058
E-mail: franka.klatte@charite.de

Anna Koliszak
Bachelorstudentin

Dipl.-Ing Susann Minkwitz
Doktorandin
E-mail: susann.minkwitz@charite.de

Sophie Nast
Doktorandin (Vetmed.)
E-mail: sophie.nast@charite.de

Aysha Schmock
Masterstudentin

Klinische Partner am Centrum für Muskuloskeletale Chirurgie (CMSC):
Dr. Christian Gerhardt
Dr. Sebastian Manegold
Dr. Stephan Pauly
Prof. Dr. Markus Scheibel
Dr. Philipp Schwabe

Alumni:
Thomas Aleyt
Arash Calafi, MD
Dr. med. vet. Mirja Fassbender
Gerry Giese
Jelka Hartwig
Dipl.-Ing (FH) Anka Kadow-Romacker
Stefanie Kasper
Zienab Kronbach
Dr. med. vet. Tanja Schmidt
Larissa Schön
Dr. rer. medic Catrin Strobel
Melanie Ukert

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Methoden

In vitro Modelle: Primäre Osteoblasten, Osteoklasten- und Tenocyt-ähnliche Zellen, Zelllinien, In vivo Modelle: Klein- und Großtiermodelle für Knochenregeneration, verschiedene Fixationsmethoden

  • Zellkulturen verschiedener Zelltypen
  • Verschiedene Tiermodelle
  • Histologie und Immunhistochemie (Abb. 2, Forschungsschwerpunkt)
  • Biomechanische Tests (Abb. 3)
  • Fluoreszenzaktivierte Zellsortierung (FACS)
  • Magentische Zellsortierung
  • Real-Time PCR
  • Protein-Assays und ELISA-Tests
  • Lokales System zur Wirkstofffreisetzung

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Kooperationen


Innerhalb des BCRT

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Auszeichnungen

  • 2011 Oskar und Helene-Medizinpreis, Stiftung Oskar-Helene-Heim
  • 2011 APOA-Pfizer Best Scientific Paper Award for Orthopaedic Infection, Asia Pacific Orthopaedic Association
  • 2008 Herbert Lauterbach Preis, Vereinigung Berufsgenossenschaftlicher Kliniken
  • 2004 COPP-Preis, Deutsche Gesellschaft für Osteologie
  • 2002 Forschungspreis, Deutsche Gesellschaft für Biomaterialien
  • 2002 New Investigator Recognition Award, Orthopaedic Research Society
  • 2000 Hans-Liniger-Preis, Deutsche Gesellschaft für Unfallchirurgie

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Kontakt

Prof. Dr. Britt Wildemann
Prof. Dr. Britt Wildemann

Charité - Universitätsmedizin Berlin
Berlin-Brandenburger Centrum für
Regenerative Therapien
Campus Virchow-Klinikum
Augustenburger Platz 1
13353 Berlin

Telefon: +49 (0)30 450 559 618
Fax: +49 (0)30 450 559 938
Email: britt.wildemann@charite.de