Nanopartikel, Tissue Engineering und Organ-on-Chip-Systeme
Die Entwicklung innovativer biomedizinischer Technologien erfordert interdisziplinäre Ansätze, die Materialwissenschaften, Zellbiologie und Mikrofluidik miteinander verbinden. Im Mittelpunkt dieses Forschungsbereichs steht die Anwendung funktionalisierter Nanopartikel, die Herstellung biokompatibler Hydrogele für das Tissue Engineering sowie die Integration dieser Materialien in Organ-on-Chip-Systeme. Ziel ist es, physiologisch relevante Gewebemodelle zu schaffen, die komplexe biologische Prozesse und die Wechselwirkungen zwischen Zellen, extrazellulärer Matrix und therapeutischen Wirkstoffen realitätsnah abbilden.
Ein wesentlicher Schwerpunkt liegt auf der Charakterisierung von Nanopartikeln und deren Wechselwirkungen mit biologischen Systemen, den gezielten Wirkstofftransport, die Bildgebung und die diagnostische Analytik. In Kombination mit Hydrogelen eröffnen Nanopartikel neue Möglichkeiten, die lokale Wirkstofffreisetzung zu kontrollieren, zelluläre Prozesse zu beeinflussen und funktionelle Eigenschaften künstlicher Gewebemodelle zu verbessern.
Das Tissue Engineering mit Hydrogelen bildet eine weitere zentrale Säule dieses Forschungsfeldes. Hydrogele dienen als dreidimensionale Gerüststrukturen, die die natürliche extrazelluläre Matrix nachbilden und wichtige Zellprozesse wie Adhäsion, Proliferation und Differenzierung unterstützen. Durch die Anpassung ihrer mechanischen und biochemischen Eigenschaften lassen sich gewebespezifische Mikroumgebungen schaffen, die sich durch Nanomaterialien zusätzlich funktionalisieren lassen.
Die Integration dieser Ansätze in Organ-on-Chip-Systeme ermöglicht die Kultivierung dreidimensionaler Gewebemodelle unter kontrollierten physiologischen Bedingungen. Mithilfe mikrofluidischer Strömungen, integrierter Sensorik und bildgebender Verfahren können dynamische Prozesse wie Stofftransport, Zellinteraktionen und Wirkstoffpermeation untersucht werden. Dadurch entstehen vielseitige Plattformen zur Erforschung komplexer biologischer Prozesse und zur Entwicklung neuer diagnostischer und therapeutischer Ansätze.
Die Kombination von Nanopartikeln, Hydrogelen und Organ-on-Chip-Technologien schafft vielseitige Möglichkeiten für die biomedizinische Forschung, insbesondere für die Entwicklung physiologisch relevanter In-vitro-Modelle und die Untersuchung therapeutischer Wirkstoffe. Gleichzeitig können diese Ansätze dazu beitragen, präklinische Testverfahren zu verbessern und den Einsatz von Tierversuchen im Einklang mit den 3R-Prinzipien zu reduzieren.
