C02 - Elektrische und mechanische Stimulation des hyalinen Knorpels: Charakterisierung der zellulären Prozesse und Stimulationsparameter

Zusammenfassung des Arbeitsprogramms

In diesem Projekt wird der Einfluss der elektrischen und mechanischen Stimulation auf die chondrogene Differenzierung von humanen Knorpelzellen und mesenchymalen Stammzellen in vitro analysiert. Dazu wird eine speziell angefertigte Stimulationskammer für die experimentelle Analyse der beiden Stimulationsarten eingesetzt. Darüber hinaus wird ein multiphysikalisches Simulationsmodell generiert, das die Stimulationsparameter und ihren Einfluss auf die Zellen abbildet und zu einem verbesserten Verständnis des Stimulationsprozesses führen soll. Zunächst liegt der Hauptfokus darauf, eine optimale 3D-Kultivierung von humanen Chondrozyten und mesenchymalen Stammzellen auf neuartigen Kollagen- und Hydrogel-basierten Biomaterialien (Scaffolds) mittels kombinierter elektrischer und mechanischer Stimulation zu erzielen, um daraus wirksame therapeutische Ansätze ableiten zu können.

Kooperation mit anderen Teilprojekten

A02 / A03 / A05 / B01 / B02 / B03 / C01 / C03 / C04

Publikationen

2019

Cachão, João Henrique; Soares Dos Santos, Marco P.; Bernardo, Rodrigo; Ramos, António; Bader, Rainer; Ferreira, Jorge A. F. et al. (2019): Altering the Course of Technologies to Monitor Loosening States of Endoprosthetic Implants. In: Sensors 20 (1). DOI: 10.3390/s20010104.

Farooqi, Abdul Razzaq; Bader, Rainer; van Rienen, Ursula (2019): Numerical Study on Electromechanics in Cartilage Tissue with Respect to Its Electrical Properties. In: Tissue engineering. Part B, Reviews 25 (2), S. 152–166. DOI: 10.1089/ten.teb.2018.0214.

Farooqi, Abdul Razzaq; Zimmermann, Julius; Bader, Rainer; van Rienen, Ursula (2019): Numerical Simulation of Electroactive Hydrogels for Cartilage-Tissue Engineering. In: Materials 12 (18). DOI: 10.3390/ma12182913.

Krüger, Simone; Achilles, Sophie; Zimmermann, Julius; Tischer, Thomas; Bader, Rainer; Jonitz‑Heincke, Anika (2019): Re-Differentiation Capacity of Human Chondrocytes in Vitro Following Electrical Stimulation with Capacitively Coupled Fields. In: Journal of clinical medicine 8 (11). DOI: 10.3390/jcm8111771.

Raben, Hendrikje; Kämmerer, Peer W.; Bader, Rainer; van Rienen, Ursula (2019): Establishment of a Numerical Model to Design an Electro-Stimulating System for a Porcine Mandibular Critical Size Defect. In: Applied Sciences 9 (10), S. 2160. DOI: 10.3390/app9102160.

Rohde, Marco; Ziebart, Josefin; Kirschstein, Timo; Sellmann, Tina; Porath, Katrin; Kühl, Friederike et al. (2019): Human Osteoblast Migration in DC Electrical Fields Depends on Store Operated Ca2+-Release and Is Correlated to Upregulation of Stretch-Activated TRPM7 Channels. In: Frontiers in bioengineering and biotechnology 7, S. 422. DOI: 10.3389/fbioe.2019.00422.


2018

Hiemer, Bettina; Krogull, Martin; Bender, Thomas; Ziebart, Josefin; Krüger, Simone; Bader, Rainer; Jonitz‑Heincke, Anika (2018): Effect of electric stimulation on human chondrocytes and mesenchymal stem cells under normoxia and hypoxia. In: Molecular Medicine Reports 18 (2), S. 2133–2141. DOI: 10.3892/mmr.2018.9174.

Kluess, Daniel; Lange, Hans-E.; Heyer, Horst; Sander, Manuela; Mittelmeier, Wolfram; Bader, Rainer (2018): Supplementary finite element analysis in experimental testing of total hip stems. In: Materials Testing 60 (5), S. 489–494. DOI: 10.3139/120.111182.

Ziebart, Josefin; Fan, Siyuan; Schulze, Christian; Kämmerer, Peer W.; Bader, Rainer; Jonitz‑Heincke, Anika (2018): Effects of interfacial micromotions on vitality and differentiation of human osteoblasts. In: Bone & Joint Research 7 (2), S. 187–195. DOI: 10.1302/2046-3758.72.bjr-2017-0228.r1.

Ziebart, Josefin; Sellmann, Tina; Porath, Karin; Delenda, Bachir; van Rienen, Ursula; Bader, Rainer; Köhling, Rüdiger (2018): Investigation of calcium channels involved in directed migration of human osteoblast in a direct current field. In: Orthopaedic Proceedings SUPP\_4, S. 4. DOI: 10.1302/1358-992X.2018.4.004.

Konferenzbeiträge

2020

Plocksties, Franz; Niemann, Christoph; Bader, Rainer; Möws, Fabian; Seitz, Hermann; Kämmerer, Peer W. et al. (2020): Requirements and Design of an Implant for Electrical Stimulation for Bone Regeneration in Animals. IEEE Conference on Life Sciences and Technologies (LifeTech). Kyoto, Japan, March 2020.
 

2019

Krüger, Simone; Achilles, Sophie; Jonitz‑Heincke, Anika; Bader, Rainer (2019): In vitro Charakterisierung humaner Chondrozyten unter Stimulation mit elektrischen Wechselfeldern verschiedener Frequenzen. Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie. Berlin, Germany, October 2019.

Sahm, Franziska; Grote, Vivica Freein; Detsch, Rainer; Krelel, Thomas; Boccaccini, Aldo R.; Bader, Rainer; Jonitz‑Heincke, Anika (2019): Influence of low-frequency alternating electrical fields on the bone remodeling capacity of human osteoblast. European Orthopaedic Research Society. Maastricht, Netherlands, October 2019.

Weizel, Alina; Zimmermann, Julius; Riess, Alexander; Krüger, Simone; Bader, Rainer; van Rienen, Ursula; Seitz, Hermann (2019): Numerical simulation of the electric field distribution in an electrical stimulation device for scaffolds settled with cartilaginous cells. 41st Annual International Conference of the Engineering in Medicine and Biology Society. Berlin, Germany, July 2019. doi:10.1109/EMBC.2019.8857760


2018

Möws, Fabian; Ziebart, Josefin; Gabler, Carolin; Krüger, Simone; Wolter, Daniel; Ellenrieder, Martin; Bader, Rainer (2018): Etablierung eines Tiermodells zur Untersuchung der Osseointegration elektrostimulierender Implantate. VIII. Münchener Symposium für Experimentelle Orthopädie, Unfallchirurgie und Muskuloskelettale Forschung. Munich, Germany, March 2018.

Vorträge

2017

Bader, Rainer (2017): Numerische Simulation in der Biomaterialforschung. University Medical Center. Rostock, Germany, November 2017.

Poster

2019

Bansod, Yogesh Deepak; Kebbach, Märuan; Bader, Rainer; van Rienen, Ursula (2019): A Piezoelectric Strain-Adaptive Bone Remodeling Simulation. 41st International Engineering in Medicine and Biology Conference. Berlin, Germany.

Farooqi, Abdul Razzaq; Zimmermann, Julius; Bader, Rainer; van Rienen, Ursula (2019): Numerical Simulation of Electro-Active Hydrogels to Be Used for Cartilage Tissue Engineering. 41st International Engineering in Medicine and Biology Conference. Berlin, Germany.

Weizel, Alina; Distler, Thomas; Polley, Christian; Detsch, Rainer; Boccaccini, Aldo R. (2019): Mechanical and rheological characterization of hydrogels and hydrogel precursors for cartilage tissue engineering and biofabrication. Additive Manufacturing Meets Medicine + 3D Week. Lübeck, Germany.

Weizel, Alina; Distler, Thomas; Polley, Christian; Detsch, Rainer; Boccaccini, Aldo R.; Seitz, Hermann (2019): Relaxation Behavior of Ionically and Enzymatically Microbial Transglutaminase (mTG)-Crosslinked Alginate-di-aldehyde and Gelatin (ADA-GEL) Hydrogels for Cartilage Regeneration. 4th Euro Intelligent Materials. Kiel, Germany.

Patente

2019

Bader, Rainer; Bender, Thomas; Jonitz‑Heincke, Anika (2019): Implantatanordnung zur elektrischen Stimulation von Knorpelgewebe. Angemeldet durch Universität Rostock am 23.05.2018. Veröffentlichungsnr: DE 10 2018 112 297 A1.

Bader, Rainer; Bender, Thomas; Ziebart, Josefin; Vogel, Danny (2019): Vorrichtung zur Behandlung und/oder Vermeidung von Biofilmen und/oder Infektionen an permanent bestehenden oder temporär bestehenden Hautdurchtritten. Angemeldet durch Universität Rostock am 23.05.2018. Veröffentlichungsnr: DE 10 2018 112 298 A1.

Projektleitung

Prof. Dr. med. habil. Dipl.-Ing. Rainer Bader
E-Mail
Tel.: +49 381 494 9337

Prof. Dr.-Ing. Hermann Seitz
E-Mail
Tel.: +49 381 498 9090

Institutionen

Universitätsmedizin Rostock
Orthopädische Klinik und Poliklinik
Doberaner Straße 142
18057 Rostock

Universität Rostock
Lehrstuhl für Mikrofluidik
Justus-von-Liebig-Weg 6
18059 Rostock

Mitarbeitende

Simone Krüger

Azizi Pedram
Alina Weizel

Mitarbeitende mit Stipendium

Mareike Specht (beendet)