QPiezoR

KURZ ERKLÄRT

QPiezoR entwickelt ein aktives Biomaterial, das die Regeneration von geschädigtem Gelenkknorpel unterstützen soll. Dafür wird nachhaltig gewonnenes Kollagen aus Quallen mit einem piezoelektrischen Material kombiniert: tetrapodales Zinkoxid. Dieses Material kann bei mechanischer Belastung – etwa durch Bewegung im Gelenk – kleine elektrische Signale erzeugen. Die Signale sollen Zellen dabei unterstützen, neues Knorpelgewebe zu bilden – ähnlich wie die natürlichen mechanischen und elektrischen Reize im Gelenk. Die Trägerstruktur ist dabei von vornherein zweischichtig angelegt, um den besonders anspruchsvollen Übergang zwischen Knorpel und Knochen mit zu adressieren.

Symbolbild zum Verbundvorhaben QPiezoR. Abbildung: CAU Kiel, Lehrstuhl Funktionale Nanomaterialien (KI-gestützt eigens für dieses Vorhaben erstellt).

Warum es QPiezoR braucht

Allein in Deutschland leiden Millionen Menschen an Knorpelschäden und Arthrose – Erkrankungen, deren Häufigkeit mit dem Alter zunimmt und die zusätzlich durch Gelenkverletzungen und Übergewicht begünstigt werden. Da Knorpel sich kaum selbst erneuern kann, stoßen bestehende Therapien und Implantate häufig an ihre Grenzen. Verfügbare kollagenbasierte Lösungen dienen überwiegend als passive Trägerstrukturen und liefern keine aktiven Signale, um die Geweberegeneration gezielt zu unterstützen. Gefragt sind daher innovative Materialien, die den Heilungsprozess aktiv fördern können und zugleich dem Bedarf an nachhaltigen, ressourcenschonenden Lösungen im Gesundheitswesen Rechnung tragen.

Wie das Projekt vorgeht?

Quallenkollagen gewinnen – Kollagen wird nachhaltig aus invasiven Quallenarten gewonnen, die marine Ökosysteme belasten. Es ähnelt menschlichem Kollagen biochemisch.
Piezoaktive Funktion integrieren – Das Kollagen wird mit tetrapodalem Zinkoxid kombiniert. Dieses piezoelektrische Material kann bei Bewegung kleine elektrische Signale erzeugen, die Zellen bei der Bildung neuen Knorpelgewebes anregen sollen
Zweischichtigen Aufbau konzipieren – Die Trägerstruktur wird so ausgelegt, dass sie den kritischen Übergang zwischen Knorpel und Knochen abbildet und beide Gewebezonen zugleich adressiert.
Materialien herstellen und testen – Die Materialien werden gefertigt, charakterisiert und in Zellversuchen untersucht.
Regenerative Wirkung untersuchen – Das Projekt prüft, wie elektrisch aktive Materialien die Bildung neuen Knorpelgewebes unterstützen können.
Anwendungsperspektive mitdenken – Die Arbeitsschritte werden so gestaltet, dass die Ergebnisse für eine spätere Weiterentwicklung anschlussfähig bleiben.

Was daran neu ist?

QPiezoR verfolgt konsequent den Ansatz, elektrisch aktive Biomaterialien systematisch für die Regeneration von Gelenkknorpel und Knorpel-Knochen-Grenzflächen nutzbar zu machen. Die Kombination aus marinem Quallenkollagen und piezoaktiver Funktion eröffnet neue Wege für aktive, nachhaltige Materialkonzepte in der regenerativen Orthopädie.

Die gezielte Nutzung invasiver Quallenarten schafft zugleich ökologischen Mehrwert. QPiezoR stärkt damit die internationale Wettbewerbsfähigkeit des Forschungs- und Innovationsstandorts Deutschland im Bereich biohybrider Materialien und leistet einen Beitrag zu ressourcenschonenden Gesundheitslösungen.

Wer arbeitet mit?

Koordination · Nanomaterialien · Piezoelektrizität

Christian-Albrechts-Universität zu Kiel

Verbundkoordination; Lehrstuhl Funktionale Nanomaterialien — Entwicklung und Charakterisierung der biohybriden, piezoaktiven Materialien

Industrietransfer · Zellbasierte Testung · Anwendung

AMIPLANT GmbH

Industrieller Verbundpartner mit Blick auf die anwendungsorientierte Umsetzung und funktionelle In-vitro-Evaluierung der Forschungsergebnisse