Die langfristige Vision von SyMBoD ist die Schaffung einer digitalen Plattform mit Theranostik-Funktion, die Kliniker bei der Entscheidungsfindung für eine personalisierte, regenerative Knochentherapie unterstützt. Um dies zu ermöglichen, vereint SyMBoD eine einzigartige Kombination an Fachwissen. Die langfristige Vision basiert auf der zentralen Hypothese, dass bei einer Pseudarthrose- und Typ-2-Diabetes mellitus (T2DM) -Komorbidität, bei der das wesentliche Gefäßbett fehlt, ein Patienten-spezifischer Ansatz helfen kann die Regeneration des endogenen Gewebes voranzutreiben. Hierzu werden wir innovative Lösungen entwickelt, bei denen personalisierte, intelligente Knochengerüstkonstruktionen eingesetzt werden. Ein solches Bestreben überbrückt zahlreiche Wissenslücken zwischen den Disziplinen, um einen systemmedizinischen Ansatz zur Personalisierung von regenerativen Therapien für Knochen zu ermöglichen. Bis zum Ende der ersten Förderperiode werden die wesentlichen Komponenten entwickelt und etabliert, die die Grundlage für die angestrebte "digitale SyMBoD-Platform" bilden. Daher wird SyMBoD in der zweiten Förderperiode die Bemühungen auf die Einbindung der Forschungsergebnisse aller Partner ausrichten, insbesondere für die Validierung von Berechnungsmodellen, die Validierung von Biomarkern und schließlich die Realisierung eines klinischen Prototyps für die geplante "digitale SyMBoD-Platform".

Die langfristige Vision von SyMBoD ist die Schaffung einer digitalen Plattform mit Theranostik-Funktion, die Kliniker bei der Entscheidungsfindung für eine personalisierte, regenerative Knochentherapie unterstützt. Um dies zu ermöglichen, vereint SyMBoD eine einzigartige Kombination an Fachwissen. Unsere langfristige Vision basiert auf der zentralen Hypothese, dass bei einer Pseudarthrose- und Typ-2-Diabetes mellitus (T2DM) -Komorbidität, bei der das wesentliche Gefäßbett fehlt, ein Patienten-spezifischer Ansatz helfen kann, die Regeneration des endogenen Gewebes voranzutreiben. Hierzu werden innovative Lösungen entwickelt, bei denen personalisierte, intelligente Knochengerüstkonstruktionen eingesetzt werden. Ein solches Bestreben überbrückt zahlreiche Wissenslücken zwischen den Disziplinen, um einen systemmedizinischen Ansatz zur Personalisierung von regenerativen Therapien für Knochen zu ermöglichen. Bis zum Ende der ersten Förderperiode werden die wesentlichen Komponenten entwickelt und etabliert werden, die die Grundlage für die angestrebte "digitale SyMBoD-Platform" bilden. Daher wird SyMBoD in der zweiten Förderperiode die Bemühungen auf die Einbindung der Forschungsergebnisse aller Partner ausrichten, insbesondere für die Validierung von Berechnungsmodellen, die Validierung von Biomarkern und schließlich die Realisierung eines klinischen Prototyps für unsere geplante "digitale SyMBoD-Platform".

Die langfristige Vision von SyMBoD ist die Schaffung einer digitalen Plattform mit Theranostik-Funktion, die Kliniker bei der Entscheidungsfindung für eine personalisierte, regenerative Knochentherapie unterstützt. Um dies zu ermöglichen, vereint SyMBoD eine einzigartige Kombination an Fachwissen. Die langfristige Vision basiert auf der zentralen Hypothese, dass bei einer Pseudarthrose- und Typ-2-Diabetes mellitus (T2DM) -Komorbidität, bei der das wesentliche Gefäßbett fehlt, ein Patienten-spezifischer Ansatz helfen kann die Regeneration des endogenen Gewebes voranzutreiben. Hierzu werden innovative Lösungen entwickelt, bei denen personalisierte, intelligente Knochengerüstkonstruktionen eingesetzt werden. Ein solches Bestreben überbrückt zahlreiche Wissenslücken zwischen den Disziplinen, um einen systemmedizinischen Ansatz zur Personalisierung von regenerativen Therapien für Knochen zu ermöglichen. Nachdem in der ersten Phase dieses Teilprojekts erfolgreich makroskopische, homogenisierte Modelle zur Knochenregeneration entwickelt werden konnten und diese genutzt wurden, um optimierte, patientenspezifische (mit besonderem Augenmerk auf T2DM-Comorbidität) Gerüststrukturen computergestützt zu entwerfen, wird in der zweiten Phase dieses Teilprojekts besonderes Augenmerk auf die mikroskopischen Eigenschaften der Gerüststrukturen gelegt. Das Hauptziel ist die Erstellung eines Katalogs von Mikrostrukturen, welche sich optimal eignen um die durch T2DM reduzierte Regenerationskapazität von Geweben zu kompensieren. Der Verbund SyMBoD wird in der zweiten Förderperiode die Bemühungen auf die Einbindung der Forschungsergebnisse aller Partner ausrichten, insbesondere für die Validierung von Berechnungsmodellen, die Validierung von Biomarkern und schließlich die Realisierung eines klinischen Prototyps für die geplante "digitale SyMBoD-Platform".

Die langfristige Vision von SyMBoD ist die Schaffung einer digitalen Plattform mit Theranostik-Funktion, die Kliniker bei der Entscheidungsfindung für eine personalisierte, regenerative Knochentherapie unterstützt. Um dies zu ermöglichen, vereint SyMBoD eine einzigartige Kombination an Fachwissen. Die langfristige Vision basiert auf der zentralen Hypothese, dass bei einer Pseudarthrose- und Typ-2-Diabetes mellitus (T2DM) -Komorbidität, bei der das wesentliche Gefäßbett fehlt, ein Patienten-spezifischer Ansatz helfen kann die Regeneration des endogenen Gewebes voranzutreiben. Hierzu werden wir innovative Lösungen entwickelt, bei denen personalisierte, intelligente Knochengerüstkonstruktionen eingesetzt werden. Ein solches Bestreben überbrückt zahlreiche Wissenslücken zwischen den Disziplinen, um einen systemmedizinischen Ansatz zur Personalisierung von regenerativen Therapien für Knochen zu ermöglichen. Bis zum Ende der ersten Förderperiode werden die wesentlichen Komponenten entwickelt und etabliert, die die Grundlage für die angestrebte "digitale SyMBoD-Platform" bilden. Daher wird SyMBoD in der zweiten Förderperiode die Bemühungen auf die Einbindung der Forschungsergebnisse aller Partner ausrichten, insbesondere für die Validierung von Berechnungsmodellen, die Validierung von Biomarkern und schließlich die Realisierung eines klinischen Prototyps für die geplante "digitale SyMBoD-Platform".

Die Vision von SyMBoD ist die Entwicklung einer digitalen diagnostischen und therapeutischen Plattform für die Personalisierung der regenerativen Knochentherapie. Die Erhebung der ersten Daten und die Validierung der Modelle wird durch präklinische (SP1) und klinische (SP2) Untersuchungen erreicht. Die präklinischen Tierstudien beinhalten die Untersuchung des Potenzials von optimierten, additiv hergestellten Gerüsten zur Förderung der Knochenregeneration bei einem Knochendefekt mit kritischer Größe unter der Komorbidität Typ-2-Diabetes (T2DM). Während klinische Untersuchungen den Immunzustand der Patienten charakterisieren, wird der Zusammenhang mit dem patientenspezifischen Mechanismus für die endogene Knochenregenerationsfähigkeit geklärt. Alle präklinischen und klinischen Proben werden durch Omics-Screening und -Analyse einer Downstream-Phänotypisierung unterzogen. Parallel dazu entwickeln wir einen nahtlosen Workflow für die Gestaltung biophysikalischer und biomechanisch optimierter, personalisierter Gerüste für die Knochenregeneration (SP4). Dazu gehören die gemeinsame Entwicklung von Strukturoptimierungswerkzeugen und mechano-biologischen Computermodellen der T2DM-Knochenheilung, um optimierte Gerüste zur Förderung der Knochenregeneration bei T2DM-Patienten mit großen Knochendefekten zu entwickeln. Alle Rechenmodelle sowie präklinische und klinische Daten werden in eine digitale Plattform integriert, die auf ihr Potenzial zur Entwicklung personalisierter Therapien für die Knochenregeneration (SP5) getestet wird.

Die Vision von SyMBoD ist die Schaffung einer digitalen Plattform mit Theranostik-Funktion. Sie dient Klinikern bei der Entscheidungsfindung für eine regenerative Knochentherapie. Unsere Vision basiert auf der Hypothese, dass bei Pseudarthrose- und Typ-2-Diabetes mellitus (T2DM)-Komorbidität zur Heilung personalisierte, intelligente Gerüstkonstruktionen eingesetzt werden können. Zur Realisierung arbeiten wir an spezifischen Zielen, die in 5 Teilprojekten (TP) erreicht werden. Ziel TP1: Aufklärung des Potenzial von additiv hergestellten Implantaten mit optimierten biophysikalischen und mechanischen Eigenschaften für die Knochenregeneration femoraler Segmentdefekte in einem T2DM-Rattenmodell. Ziel TP2: Errichtung einer Biobank für T2DM-Patienten mit/ohne Knochendefekt. Die aus TP1 und TP2 gesammelten Proben werden mit Multi-Omics-Technologien und Bioinformatik-Methoden in TP3 analysiert, um ein umfassendes, zeitaufgelöstes und aussagekräftiges molekulares Profil bereitzustellen (Metabolit, Protein und RNA). Diese mechanistischen Profile werden eine verbesserte Stratifizierung von Patienten ermöglichen und sind für die Entwicklung von In-Silico-Tools hilfreich, um in TP4 den computergestützten Design- und Engineering-Workflow (CADE) für die Erstellung personalisierter Knochengerüste zur Unterstützung der Knochenregeneration zu vereinfachen. In TP5 wird eine digitale Plattform mit Theranostik-Fähigkeiten geschaffen, welche klinische und Forschungsdaten sowie mathematische und rechnergestützte Modelle integriert.

Die verringerte Heilungsfähigkeit von Typ 2 Diabetes mellitus (T2DM) Patienten in Kombination mit schwerwiegenden Knochendefekten macht die Behandlung klinisch sehr schwierig. Eine Unterstützung der Regeneration durch implantierte Gerüststrukturen ist in diesem Fall eine vielversprechende Behandlungsstrategie. Dank der großen Fortschritte im Bereich adaptiver Fertigungstechnologien (vlg. 3D-Druck) steht eine große Flexibilität bezüglich der Herstellbarkeit verschiedener Strukturen zur Verfügung. Eine rein experimentelle 'Versuch-und-Irrtums'-basierte Optimierung der Strukturen zur Verbesserung der Regeneration des Knochengewebes ist allerdings somit nicht mehr zielführend. Wir entwickeln in diesem Teilprojekt moderne mathematische Modelle zur Knochenregeneration um eine rechnergestützte Platform zur Optimierung polymerbasierter Gerüststrukturen zur Verfügung zu stellen. Moderne Ansätze zur mathematischen Formoptimierung werden hierfür verbunden mit mehrskaligen mechano-biologischen Computermodellen für die Geweberegeneration. Insbesondere werden in diesem Teilprojekt zunächst basierend auf (in einem anderen Teil dieses Projekts an der Charité entwickelten) Modellen, in denen das Verhalten einzelner Zellen berücksichtigt wird, stark vereinfachte mathematische Modelle entwickelt und für T2DM-Patienten kalibriert. Diese vereinfachten Modelle eignen sich für die Verwendung innerhalb von Optimierungsroutinen. Im weiteren Verlauf des Teilprojektes werden diese vereinfachten Modelle weiter verfeinert, ohne zu große Kompromisse bei der numerischen Effizienz einzugehen. Die hier entwickelten Computermodelle dienen damit dem übergeordneten Forschungsziel des SYMBoD-Verbundes zur Bereitstellung einer digitalen Platform zur Knochenregeneration bei Defekten kritischer Größe im Verbund mit einer T2DM Erkrankung.

Die langfristige Vision von SyMBoD ist die Schaffung einer digitalen Theranostik-Plattform zur Ermöglichung spezifischer zielgerichteter Therapien basierend auf mechanistischen diagnostischen Tests. Diese Software soll Kliniker bei der Entscheidungsfindung zur Behandlung regenerativer Knochentherapien unterstützten, die auf den individuellen Patienten abgestimmt sind. Um dies zu ermöglichen bringt SyMBoD eine Vielfalt an Fachexpertise zusammen, um effizient die Grundlage einer innovativen Lösung voranzubringen. Die zentrale Hypothese soll bei SyMBoD am Beispiel der komorbiden Pseudarthrose (nicht verheilender Knochenbruch) und Typ-2-Diabetes gezeigt werden. Hier ist das Blutgefäßsystem essentiell um körpereigene Geweberegeneration zu aktivieren. Durch personalisierte, intelligente Gerüste nach dem Design des Patienten soll eine Geweberegeneration ermöglicht werden. Ein solches Bestreben überbrückt zahlreiche Wissenslücken zwischen den Disziplinen, um einen systemmedizinischen Ansatz für die Personalisierung von regenerativen Therapien bei Knochenheilung bei Diabetikern zu ermöglichen.

Die Kapazität zur Knochenheilung eines jeden Menschen hängt von sehr vielen Variablen ab und kann sich in Abhängigkeit von z.B. Alter, Ernährung, mechanischer Belastung oder anderer Faktoren ändern. Grunderkrankungen wie z.B. Diabetes können die Regenerationsfähigkeit weiter beeinflussen und in einigen Fällen kann es zu Komplikationen bis hin zum Nicht-Verheilen des Knochenbruchs und gravierender Beeinträchtigung des ganzen Bewegungsapparates kommen. In dem systemmedizinischen Verbundvorhaben SyMBoD sollen grundlegende Prädiktoren identifiziert, erforscht und geprüft werden, die einerseits die diagnostische Einschätzung der individuellen Heilungskapazitäten und andererseits die Vorhersage einer verbesserten Heilung durch Implantation eines "Hilfsgerüsts" erlauben. Unter Berücksichtigung der spezifischen Patientensituationen werden neue mathematische Modelle und Computersimulationen erstellt, mit deren Hilfe Programme zum Design und der Herstellung solch bioabbaubarer, individueller Hilfsgerüste mittels 3D-Drucker entwickelt und optimiert werden. Innerhalb des interdisziplinären Vorhabens SyMBoD wird eine Basis für ein digitales Patienten-zentrisches System zur personalisierten Knochen-Regenerationstherapie gelegt: Es wird eine Systemmedizin-Plattform zur Integration von umfassenden klinischen Patientendaten, breiten wissenschaftlichen Daten, mathematischen und computergestützten Modellen und von anwenderfreundlichen Oberflächen für die effiziente und personalisierte Diagnose und Identifizierung von Therapiemöglichkeiten im Bereich Knochenheilung entwickelt. Dieses Ziel wird im Teilprojekt 5 unter Einbindung aller Beteiligten, der speziellen Anforderungen und Gegebenheiten des Verbundvorhabens verfolgt.