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Tissue Engineering – Neues Gewebe für den Körper

Die moderne Medizintechnik ermöglicht es, viele angeborene oder krankheitsbedingte Defizite im Körper zu kompensieren. So kann beispielsweise eine künstliche Linse die Sehkraft bei einem grauen Star erhalten oder ein Herzklappenersatz die Pumpkraft des Herzens verbessern. Neben diesem Einsatz von „Ersatzteilen“ ist es heute bereits möglich, Gewebe so im Labor zu züchten, dass es später im Körper natürliche Funktionen übernehmen kann. Das sogenannte Tissue Engineering (Herstellung bzw. Züchtung von biologischem Gewebe) als sehr patientenindividuelle Therapieform hat noch viel Potenzial für die Zukunft. 

Gewebe, wie zum Beispiel Knochen und Knorpel, künstlich herzustellen, bietet dann viele Vorteile bei der Anwendung am Menschen, wenn die Grundlage körpereigene Zellen des jeweiligen Empfängers darstellen. Es muss kein Gewebe an anderer Stelle entnommen werden, wo es dann fehlt. Außerdem wird es nicht vom Körper als fremd angesehen und abgestoßen, wenn es krankes Gewebe ersetzen soll. Ebensolches Gewebe versucht man, beim Tissue Engineering herzustellen. Dafür werden in der Regel Zellen von einem Spender – meist der gleiche Patient, der auch später das künstlich hergestellte Gewebe erhalten soll – kultiviert und vermehrt. Dies kann in einem Labor, das heißt „in vitro“, oder im Körper selbst, also „in vivo“, erfolgen. Meist wird der Prozess mit der Zugabe von Wachstumsfaktoren gefördert. Unterschieden werden dabei zweidimensionale oder dreidimensionale Kultivierungsformen. Oftmals sind die nachgezüchteten Zellen eingebettet in eine Art Gerüst, das als „Scaffold“ bezeichnet wird und entweder synthetisch oder autolog (körpereigen) ist. 

Tissue Engineering kann  – außer basierend auf autologen Zellen – auch auf andere Arten erfolgen: xenogen (zum Beispiel von Tieren), allogen (von anderen Menschen), syngen (von anderen Menschen mit gleichem genetischen Material, wie einem Zwilling). Neben dem Einsatz des künstlichen Gewebes am Menschen selbst, also als Ersatz für krankes oder beschädigtes Gewebe (etwa bei Tumorerkrankungen, degenerativen Erkrankungen oder nach Unfällen), ist es ein wichtiger Werkstoff für die Forschung. Damit kann beispielsweise die Wirkung von bestimmten Pestiziden oder Medikamenten getestet werden. 

Knorpel- und Knochen vermehren

Was wie Zukunftsmusik klingt, ist bereits in der Anwendung, jedoch in gewissen Grenzen. Die Nachzüchtung ist derzeit auf Gewebe mit einer Zellart beschränkt. Daher eignet sich Knorpelgewebe für das Verfahren. Knorpel besteht aus nur einer Art Zellen und wird von der Gelenkflüssigkeit ernährt. Außerdem stellt Knorpel selbst ein Gerüst, unter anderem aus Kollagenfasern, her. 

Bei der Vermehrung von Knorpel im Labor ist die Rede von der autologen Chrondozyten-Transplantation (ACT). Davon existieren mittlerweile verschiedene Formen, die unter anderem die Herausforderung annehmen, dass das neue Gewebe am Zielort anwachsen muss. Sie kann matrixgebunden oder auch in Form von kleinen Kügelchen, sogenannten Sphäroiden erfolgen. 

Größere Defekte bei Gelenkarthrose können aber durch den mittels Tissue Engineering hergestellten Knorpel noch nicht versorgt werden. Nach wie vor ist dann ein Gelenkersatz angezeigt. Ob es in Zukunft möglich sein wird, ganze Gelenke mit Knorpel aus dem Labor zu versorgen, und die Endoprothetik dann nur noch in Ausnahmefällen angewendet wird, bleibt abzuwarten. Bis dahin stellt die ACT zumindest für eine kleine Patientengruppe – mit umschriebenen Knorpeldefekten (meist am Knie) und in einem gewissen Alter  – eine Möglichkeit dar, den Gelenkersatz hinauszuzögern oder sogar ganz zu umgehen. Bei anderen, einzeitigen Verfahren wird ein gelartiges Kollagenimplantat, das auf Basis hoch gereinigten azellulären Gewebes gewonnen wird, in den Knorpeldefekt eingebracht. Nach einem gewissen Zeitraum wandern dort Knorpel- und Stammzellen ein, was die Selbstheilung des Knorpels unterstützen soll.

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Bei allen Verfahren ist allerdings zu beachten, dass es wichtig ist, gleichzeitig die Arthroseursachen möglichst mitzubehandeln. Ansonsten würde beispielsweise durch eine X-Bein-Fehlstellung, einen Kreuzbandschaden oder schwache Bänder der Ersatzknorpel im Kniegelenk ebenso wie der ursprüngliche Knorpel zu stark belastet und vorzeitig abnutzen.

Auch Knochen kann durch Tissue Engineering hergestellt werden, was bereits vielfach in der Anwendung ist. Besonders im Bereich der Zahnmedizin, Gesicht-Kieferchirurgie und Tumorchirurgie ist dies eine Möglichkeit zum Knochenaufbau. So kann der Kieferknochen aufgrund fehlender Zähne zurückgegangen sein und einem Zahnersatz in Form eines Implantates nicht mehr genügend Halt bieten, sodass ein Knochenaufbau vonnöten wird. Auch Patienten mit Lippen-Kiefer-Gaumenspalten können mit angezüchtetem Knochen versorgt werden. 

Ausblick

Für die Weiterentwicklung auf dem Gebiet des Tissue Engineering wird zukünftig das Verfahren des 3D-Druckens zunehmend eine Rolle spielen. Außerdem wird daran geforscht, Stammzellen als Ausgangspunkt so zu nutzen, dass sie bei der Zellvermehrung in das gewünschte Gewebe ausdifferenzieren.

von Stefanie Zerres

aus ORTHOpress 1/19

Fragen und Antworten

Kann Knorpel heilen?

Knorpel ist kaum durchblutet, sodass Knorpelschäden nicht von alleine heilen können.

Kann man Knorpel züchten?

Mittlerweile gibt es verschiedene Verfahren zur Knorpelzellzüchtung, mithilfe derer Ersatzknorpel produziert werden kann.

Kann Knorpel im Knie wieder nachwachsen?

Auch der Gelenkknorpel im Knie kann bei Beschädigung oder Abrieb durch Arthrose nicht wieder nachwachsen.

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