Der Knochen-Bioreaktor: Forschern gelingt die Nachbildung von Knochen im Körper
Eine neue, von internationalen Biomedizintechnikern entwickelte Methode hat erstmals gezeigt, dass es möglich ist, gesundes, neues Knochengewebe in einem Teil des Körpers nachzubilden und verletzte Knochen an einer anderen Stelle damit zu ersetzen. Diese Methode revolutioniert möglicherweise die Gewebetechnik und wird voraussichtlich auch eine wichtige Rolle bei der Nachzüchtung anderer Gewebearten spielen. Über die Entwicklung wurde unlängst in den Proceedings of the National Academy of Sciences berichtet. Lebende Knochen wachsen und verändern sich ständig, doch Versuche, Knochengewebe außerhalb des Körpers - in vitro - nachzuzüchten, blieben bisher erfolglos. Jüngste Versuche, das Knochenwachstum im Körper - in vivo - anzuregen, erzielten nur mäßige Erfolge und waren bisher extrem aufwendig, teuer und unzuverlässig. Zur Behandlung schwerer Knochenbrüche entnimmt der orthopädische Chirurge derzeit kleine Knochenteile aus der Rippe oder Hüfte eines Patienten und verbindet sie mit dem beschädigten Knochen. Dieselbe Methode wird zur Behandlung von schweren Wirbelsäulenverletzungen und Rückenschmerzen angewandt. Zwar werden mit dieser Methode gute Heilungserfolge erzielt, doch die Entnahme von Knochengewebe ist extrem schmerzhaft und kann zu schweren Komplikationen führen. Der neue Ansatz basiert auf der natürlichen Wundheilungsreaktion des Körpers. Wissenschaftler schaffen einen speziellen Raum auf der Oberfläche eines gesunden Knochens, in der Hoffnung, dass der Körper mit der Nachbildung von neuem Knochengewebe reagiert. Lange Knochen im Körper sind mit einer dünnen äußeren Hautschicht, dem so genannten Periosteum, bedeckt. Die Schicht kann man mit Tesafilm vergleichen: Die Außenseite der Schicht ist robust und faserig, während die Innenseite mit einer Lage spezieller pluripotenter Zellen bedeckt ist, die sich in verschiedene Skelettgewebearten verwandeln können. Das Team hat den Bioreaktor-Raum direkt unter dieser Außenschicht geschaffen, indem es ein winziges Loch in das Periosteum gepierct und Salzwasser darunter gespritzt hat. Damit wurde die Schicht von dem darunter liegenden Knochen gelöst und leicht "aufgepumpt". Nachdem die Wissenschaftler einen Hohlraum von der gewünschten Größe und Form geschaffen hatten, wurde das Wasser entfernt und mit einem auf dem Markt erhältlichen Gel zur Bereitstellung von Zellen im menschlichen Körper ersetzt. Dieses Gel enthält Calcium, das für seine Eigenschaft, das Knochenwachstum anzuregen, bekannt ist. Die größte Sorge der Wissenschafter war, dass der Bioreaktor sich mit Narben- statt mit Knochengewebe füllen würde. Doch dies trat nicht ein. Der Ansatz erwies sich als richtig, und der Hohlraum füllte sich mit neuem Knochengewebe, das nicht vom ursprünglichen Gewebe zu unterscheiden ist. Die Wissenschaftler führten ihre Versuche an ausgewachsenen Kaninchen durch, deren Knochen denen des Menschen sehr ähnlich sind. Sie stellten zu ihrer Zufriedenheit fest, dass dieser Raum, den sie "in vivo Bioreaktor" tauften, sich innerhalb von sechs Wochen mit gesundem Knochengewebe füllte. Es war nicht erforderlich, das Knochenwachstum durch Anwendung der Wachstumsfaktoren anzuregen, die in früheren in vivo-Tests notwendig gewesen sind. Der neue Knochen lässt sich einfach lösen, bevor er sich mit dem alten, zwar vernarbten, jedoch unbeschädigten Knochen verbindet. Falls sich die neue Methode bestätigen sollte, erklärt V. Prasad Shastri, Assistenzprofessor für Biomedizintechnik an der Vanderbilt-Universität, der die Forschung leitete, sei es möglich, neues Knochengewebe für alle möglichen Behandlungen nachzuzüchten, anstatt es von bestehendem Knochengewebe zu entfernen. Für Menschen mit schweren Knochenkrankheiten könnte es sogar möglich sein, in der Anfangsphase einer Krankheit Ersatzknochen zu produzieren und einzufrieren, um sie im Bedarfsfall einsetzen zu können. Koautorin Molly Stevens, derzeit Assistenzprofessorin am Imperial College im VK, erklärt, dass "der neue Knochen tatsächlich von vergleichbarer Festigkeit ist und ähnliche mechanische Eigenschaften aufweist wie körpereigene Knochen. Da der nachgebildete Knochen frisch ist, verbindet er sich gut mit dem beschädigten Knochen des Patienten". Das Team wird nun Tests an großen Tieren und klinische Studien durchführen, die notwendig sind, um bestimmen zu können, ob das Verfahren auch beim Menschen anwendbar ist. Anschließend muss es für die Behandlung am Menschen genehmigt werden. Die Wissenschaftler möchten diese Methode auch zur Nachzüchtung von Leber- und Bauchspeicheldrüsengewebe testen, da diese beiden Organe Außenschichten ähnlich dem Periosteum besitzen.
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Vereinigtes Königreich