Ein naturinspiriertes Gerüst für die Knochenheilung
Knochen haben eine unglaubliche Fähigkeit, sich selbst zu heilen - Alltagsbelastungen und Lasten verursachen Mikrofrakturen im Knochengewebe, die sich schnell selbst reparieren. Bei starken Beschädigungen oder Krankheiten sind jedoch häufig Knochentransplantate erforderlich, um den Heilungsprozess zu unterstützen. Da Knochentransplantate viele Einschränkungen haben, könnte fortschrittliches Gewebe-Engineering eine bessere Alternative bieten. Für das EU-geförderte Projekt NANOFACT (Development of bioactive nanocomposites for bone tissue engineering applications) entwickelten Wissenschaftler ein winziges biologisch abbaubares Gerüst, um gebrochene und gesplitterte Knochen wieder aufzubauen. Bestehend aus Fasern, die 100 Mal kleiner sind als ein menschliches Haar, werden Nanogerüste gewöhnlich als Matrix verwendet, um Gewebe mit vom Patienten gewonnenen Zellen nachwachsen zu lassen. Da dies zwei chirurgische Eingriffe erfordert, wollte NANOFACT die Verwendung von Zellen des Patienten komplett vermeiden. Die Forscher entwickelten deshalb ein biomimetisches Gerüst mit Materialien, die natürliches Gewebe nachahmen und die ähnliche zelluläre Reaktionen im Körper auslösen. Sie verwendeten Hydroxyapatit als Knochenmineral für die Stärke und Chitosan als Ersatz für die organische Knochenkomponente Kollagen. Dann verbanden sie Proteine, die als Wachstumsfaktoren bezeichnet werden und die natürlicherweise von Knochenzellen produziert werden, um Gewebe zu regenerieren und neue Blutgefäße zu bilden, mit diesem Gerüst. Anhand eines Rattenmodells zeigten die Forscher, dass ihr Gerüst mit Wachstumsfaktorproteinen Knochen besser als nur die Gerüste allein heilen konnte. Allerdings fanden sie heraus, dass das Gerüst intakt blieb, statt natürlich abgebaut zu werden, nachdem es in Ratten implantiert wurde, und so Knochenheilung verhinderte. Als Alternative verwendete NANOFACT ein Poly-Vinylalkohol und eine Poly-Acrylsäure-Polymer-Matrix mit Keramikmaterial für Porösität. Außerdem fügten sie das Antibiotikum Ciprofloxacin zur Matrix hinzu, um eine Infektion des Bereichs um die Implantatstelle herum zu verhindern. Durch die Initiierung von neuem Knochenwachstum eliminiert das NANOFACT-Gerüst die Notwendigkeit, Zellen, die vorher dem Patienten entnommen werden, zu züchten. Das Projekt demonstrierte das Potenzial für ein sicheres und wirksames orthopädisches Gerüst für die Knochenheilung, das den besten derzeit verfügbaren Behandlungen überlegen ist.
Schlüsselbegriffe
Knochenheilung, Gerüst, Gewebe-Engineering, biomimetisch, Wachstumsfaktoren
