Funktionelle Biomaterialien zur Steuerung von Heilungsprozessen in Knochen und Hautgewebe - vom Material zur Klinik
Projektbeschreibung
Die bedeutenden Erfolge in der Implantations- und Transplantationsmedizin in den letzten Jahren basieren hauptsächlich auf Erfahrungswissen. Im Rahmen des Verbundprojektes TRR 67 wird eine grundsätzliche Veränderung dieser Situation durch die grundlagenorientierte Erforschung und Weiterentwicklung von artifiziellen Extrazellulären Matrizes (aECM) für die Wundheilung bei Haut- und Knochenverletzungen angestrebt. Der TRR 67 ist auf den Erwerb von Wissen über die Bedeutung der ECM für die Differenzierung der Zellen und die Geweberegeneration fokussiert und strebt danach, mithilfe dieser Erkenntnisse die Entwicklung von Biomaterialien voranzutreiben.
Der TRR 67 ist in zwei Projektbereiche unterteilt:
Der Projektbereich A – Matrixengineering umfasst die vorwiegend materialwissenschaftlich/chemisch ausgelegten Teilprojekte einschließlich zugehöriger analytisch ausgerichteter Teilprojekte.
Der Projektbereich B – Biologische Wirkprofile in Zellsystemen und aECM-gestützte Geweberegeneration bündelt Projekte mit zellbiologischer und klinischer Ausrichtung. Den Schwerpunkt bildet die systematische zell- und molekularbiologische Charakterisierung von Matrix/Zell-Wechselwirkungen in komplexen Systemen. Untersucht werden vor allem Zellarten, die in Knochen und Haut intensive Matrixkontakte eingehen.
Teilprojekt 1
Im Rahmen unseres Teilprojektes wird die qualitative und quantitative Proteinanalyse für Projekte des TRR 67 durchgeführt. Zu diesem Zweck erfolgt Entwicklung von Methoden zur hochsensitiven Detektion niedermolekularer Proteine sowie stark modifizierter Proteine zu denen Zytokine und Wachstumsfaktoren gehören.
Kleine Proteine (Molekulargewicht <25kDa) besitzen eine Vielzahl von wichtigen biologischen Funktionen wie Signalübertragung, Transkriptionsregulation oder Zellkommunikation. Ein Beispiel hierfür ist die überaus bedeutende Gruppe der Zytokine. Obwohl die biologische Bedeutung außer Frage steht, sind kleine Proteine in den meisten Proteomstudien unterrepräsentiert. Kleine Proteine werden mit den Standardmethoden der 2D Gelelektrophorese oder LC-MS/MS Analyse leicht verloren, da diese nicht auf Proteine mit geringer Molekularmasse angepasst sind. Ferner sind kleine Proteine meist von niedriger Abundanz. Zusätzlich wird die Identifizierung kleiner Protein durch die geringere Anzahl an Peptiden, welche durch proteolytischen Verdau generiert werden können, erschwert.
Das Ziel des Projektes umfasst eine speziell auf die Identifizierung von niedermolekularen Proteinen angepasste Methodenentwicklung mit gel- und LC-basierten Trennmethoden und anschließender massenspektrometrischer Analyse. Die dabei entwickelten Methoden werden für Proben aus dem DFG-Projekt Transregio 67 sowie qualitative und quantitative Proteomanalysen im Department genutzt.
Mit den entwickelten Methoden soll
• eine verbesserte Proteintrennung/anreicherung mittels 1D/2D-SDS-PAGE oder HPLC
• die Identifizierung und Quantifizierung von Proteinen, welche mittels Mikrodialyse aus verletzten Gewebe während des Wundheilungsprozesses extrahiert wurden mittels nano-HPLC/nano-ESI-Massenspektrometrie
• Proteinexpressionsanalyse aus Zellmodellen
ermöglicht werden.
Teilprojekt 2
Eine andere Zielstellung ist die hochsensitive zielgerichtete Detektion und Quantifizierung einzelner ausgewählter Proteine mittels Massenspektrometrie. Zu diesem Zweck erfolgt momentan die Etablierung einer multiple reaction monitoring (MRM)-Methode. Diese Methode soll den Zugang zu Proteinen ermöglichen, die mit Standard-Proteomikmethoden nicht detektiert werden. Desweiteren soll eine stabile Quantifizierung der wichtigsten Mediatorproteine etabliert werden.
Beteiligte Wissenschaftler
Publikationen
Müller, S.A. , Kohajda, T., Findeiß, S., Stadler, P.F., Washietl, S., Kellis, M., von Bergen, M., Kalkhof, S. (2010):
Optimization of parameters for coverage of low molecular weight proteins
Anal Bioanal Chem. 2010 Aug 28. in press
Kooperation
Prof. Dr. Daniel Huster
Institut für Medizinische Physik und Biophysik
Medizinische Fakultät
Universität Leipzig
Prof. Dr. Jan-Christoph Simon
Universität Leipzig
Klinik für Dermatologie, Venerologie und Allergologie
Philipp-Rosenthal-Straße 23 – 25
04103 Leipzig
Dr. María Pisabarro
BIOTEC
Technische Universität Dresden
Tatzberg 47 – 51
01307 Dresden
PD Dr. med. Stefan Rammelt
Klinik und Poliklinik für Unfall- und Wiederherstellungschirurgie
Universitätsklinikum "Carl Gustav Carus"
Fetscher Straße 74
01307 Dresden