Ein vielversprechender Ansatz für die Gewebezüchtung bei Transplantationen lässt die Muskeln spielen
Skelettmuskulatur bewegt unsere Körperteile – sogar unsere Augäpfel – mithilfe von Sehnen (dichtes faseriges Bindegewebe), die sie mit ihren Zielen verbinden. Intensive, sich wiederholende mechanische Kräfte im Laufe unseres Lebens können dazu führen, dass Sehnen durch Alterung oder Überbeanspruchung zu Degeneration, Verletzungen und Rissen neigen. Sehnenverletzungen beeinträchtigen nicht nur die Lebensqualität, sondern kosten auch Millionen Euro, die entweder für die Behandlung ausgegeben werden oder aufgrund von Arbeitsunfähigkeit verloren gehen. Die Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen unterstützten den Aufbau eines europäischen Ausbildungsnetzwerks (ETN), um dies zu beheben. Über das Projekt Tendon Therapy Train demonstrierte das europäische Ausbildungsnetzwerk die erfolgreiche Bildung von dreidimensionalen sehnenähnlichen Geweben aus Kulturen von Sehnenzellen (Tenozyten) sowie durch die Abgrenzung von aus Knochenmark- und Fettgewebe abgeleiteten Stammzellen. Dieser von der Basis ausgehende Ansatz für die Gewebezüchtung erweist sich auch bei anderen Geweben als wirksam. Das könnte zu schnellen, erschwinglichen und klinisch relevanten Transplantaten mit besseren Ergebnissen für eine Vielzahl von Erkrankungen führen.
Nachahmung der Natur
Gewebetransplantate sind derzeit der Goldstandard für Sehnenreparaturen. Sie stehen jedoch vor vielen Herausforderungen. Zu den Herausforderungen gehören begrenztes Gewebe, das aus dem eigenen Körper einer behandelten Person verfügbar ist, sowie das Risiko einer Infektion und Abstoßung mit Transplantaten anderer Personen oder Arten. Der Projektkoordinator Dimitrios Zeugolis von der Nationalen Universität Irland in Galway und das Projektteam entwickelten gezüchtetes 3D-Sehnengewebe unter Verwendung von Selbstorganisationsprinzipien, um das Problem anzugehen. Universitäten, Unternehmen und Krankenhäuser arbeiteten mit 15 Promovierenden zur Entwicklung von Ex-vivo-Kulturumgebungen wie die von nativem Sehnengewebe zusammen. Die jungen Forschenden verwendeten unterschiedliche Ansätze, um die Herausforderungen zu meistern, Erwartungen zu übertreffen und das zukünftige Potential zu beleuchten. Zeugolis stellt fest: „Die Einführung inerter Makromoleküle in die Kulturmedien, um den Kulturraum der Zellen zu ‚bevölkern‘ war sehr effektiv. Das förderte die vermehrte Ablagerung der extrazellulären Matrix und ermöglichte uns, ein Gewebe mit implantierbarer Größe viel schneller als bisher zu züchten.“ Ein dreischichtiges Kollagengerüst, das für Gewebe vom Sehnenansatz entwickelt wurde (wo sich die Sehne in den Knochen einfügt, eine Stelle mit erheblicher Spannungskonzentration), veranlasste die Abgrenzung von Knochenmarkstammzellen zu den drei im Sehnenansatz gefundenen verschiedenen Linien. Zeugolis fährt fort: „Das war technisch sehr herausfordernd und wir sind sehr gespannt auf die Ergebnisse und möglichen Auswirkungen.“ Am weitesten entwickelt ist ein Hauttransplantat-Prototyp, der einen präklinischen Konzeptnachweis (in Tiermodellen und frühen Sicherheitstests) gezeigt hat. Auf Temperatur ansprechende Polymere als Substrate waren ein ungeplanter Weg, der ebenfalls eine vielversprechende Veranlassung zum Wachstum gezeigt hat.
Die Reichweite der Sehnen ausdehnen
„Unser Hauptvorteil ist die viel größere Menge an extrazellulärer Matrix als üblich. Diese Matrix liefert sowohl Struktur als auch Substanz für die Zellen und führt zu viel gesünderem Gewebe, das seinen Phänotyp für die klinische Wirksamkeit beibehalten kann“, fasst Zeugolis zusammen. Der Markt für regenerative Medizin wurde auf 5,4 Milliarden US-Dollar im Jahr 2016 und auf 39,3 Milliarden US-Dollar bis 2023 geschätzt, mit einer kumulierten jährlichen Wachstumsrate von 32,2 %. Die Projektergebnisse der 3D-Gewebezüchtung sind auf dem Weg zum Durchbruch – angefangen bei der Wundheilung und der Sehnenreparatur. Als nächstes könnten Anwendungen auf Knochen, Knorpel und Augengewebe erfolgen. Dank des Projekts Tendon Therapy Train sind erschwingliche und effektive Gewebetransplantationen aus den Startlöchern herausgekommen und sprinten in Richtung Verfügbarkeit.
Schlüsselbegriffe
Tendon Therapy Train, Gewebe, Sehne, Kultur, Transplantation, extrazelluläre Matrix, Enthesis, Sehnenansatz, Transplantat, Gewebezüchtung, Stammzelle, regenerative Medizin, Gerüst, Wundheilung
