Struktur02

  • strict warning: Only variables should be passed by reference in /info/wwv/data/uni/kar/sites/all/modules/inline/inline_upload.module on line 325.
  • strict warning: Only variables should be passed by reference in /info/wwv/data/uni/kar/sites/all/modules/inline/inline_upload.module on line 325.
  • strict warning: Only variables should be passed by reference in /info/wwv/data/uni/kar/sites/all/modules/inline/inline_upload.module on line 325.
  • warning: Creating default object from empty value in /info/wwv/data/uni/kar/includes/common.inc(1695) : eval()'d code on line 25.

Knorpel und Gelenke - Ersatz aus dem Labor

Lokal begrenzte Knorpeldefekte werden immer häufiger mit Transplantaten kuriert, die aus Knorpelzellen der Patienten gezüchtet wurden. Die bisherigen Erfolge beflügeln die Entwicklung von regenerativen Therapien in der Orthopädie.

Pro Jahr werden in Deutschland etwa 400 bis 600 autologe Chondrozyteni-Transplantationen (ACT) durchgeführt - auch in der Orthopädischen Klinik des Uniklinikums Tübingen (UKT). Dem Patienten werden kleine Knorpelproben entnommen, aus denen die Knorpelzellen (Chondrozyten) isoliert und auf einer biokompatiblen Matrix zu neuem Knorpelgewebe gezüchtet werden. Mit diesem Knorpelgewebe können lokal begrenzte Defekte, wie sie bei traumatischen Verletzungen oder bei Osteochondrosis dissecans auftreten, behoben werden: Der defekte Knorpelbereich wird ausgestanzt und durch ein Transplantatstück gleicher Größe und Form ersetzt.

aicher2_338x161.jpg

Knorpelschaden an der medialen Rolle des Kniegelenkes bei Osteochondrosis dissecans (li.), Deckung des Defektes mit einer matrixgekoppelten autologen Chondrozytentransplantation (Knorpelzelltransplantation, re.) (Abb: UKT, Orthopädische Klinik)

Der Beweis der Regenerationskraft solcher Transplantate ist eine wissenschaftliche Fragestellung, der die Forscher der Orthopädischen Klinik unter Leitung des Ärztlichen Direktors Prof. Dr. Nikolaus Wülker nachgehen. Prof. Dr. Wilhelm Aicher leitet das zellbiologische Forschungslabor der Orthopädie und untersucht Knorpelzellen und deren Vorläuferzellen. "Uns interessiert vor allem, inwiefern wir aus Vorläuferzellen Chondrozyten erzeugen können, die einen Knorpel regenerieren, der den biomechanischen und metabolischen Besonderheiten im Gelenk standhalten kann" so Aicher. Gerade die Untersuchung der biomechanischen Eigenschaften ist außerordentlich wichtig, ist doch das Tranplantat an seinem Einsatzort über Jahre und Jahrzehnte hinweg enormen mechanischen Belastungen ausgesetzt.

ACT wird weiter optimiert

Auch die Wechselwirkungen des gezüchteten Gewebes mit dem Trägermaterial werden intensiv erforscht. Ein Spezialgebiet der Gruppe um Aicher ist die Isolierung und Charakterisierung von Signal- und Botenstoffen aus den Zellkulturen. Dabei sind die Wissenschaftler vor allem an solchen Stoffen interessiert, die für die Verankerung der Zellen an der Matrix wichtig sind. Es werden verschiedene Matrix-Materialien auf ihre Eignung für die ACT getestet. "Die meisten Polymerei eignen sich für unsere Zwecke nicht, weil die Zellen darauf nicht anhaften können. Am vielversprechendsten sind zurzeit veresterte Hyaluronsäuren und Kollagene" so Aicher.

Sein Wissen in Sachen ACT trägt Aicher auch gerne nach außen und engagiert sich zusammen mit Kollegen wie Prof. Dr. Kuno Weise von der Tübinger BG Unfallklink bei Fortbildungsseminaren an der Aeskulap-Akademie in Tuttlingen. Weise ist ein international anerkannter Experte für die ACT und arbeitet sowohl auf der klinischen als auch auf der Forschungsebene eng mit dem UKT zusammen. Im Rahmen von Forschung und Entwicklung der ACT sind auch das NMI Reutlingen und die TETEC AG (Reutlingen) wichtige Partner. Sie verfügen über spezielle Laboratorien, in denen die Chondrozyten nach den Qualitäts- und Sicherheitsregularien gezüchtet werden können, die für Materialien zur Behandlung von Patienten notwendig und vorgeschrieben sind.

aicher1_255x201.jpg

Schnitt durch ein Kollagen-Vlies vor Besiedlung mit Chondrozyten (Abb: UKT/Orthopädische Klinik)


aicher3_kl_255x201.jpg

Schnitt durch einen mit Chondrozyten besiedelten, zweischichtigen Kollagenträger, präpariert für eine ACT: links, im offen-porigen Bereich, sind die Chondrozyten als kleine dunkle Punkte zu sehen. Rechts ist dieKollagenmembran zu sehen, welche der mechanischen Stabilisierung dient. (Fotos: Orthopädische Klinik Tübingen)


Biomaterialien sollen Prothesen verbessern

Trotz steigender ACT-Zahlen wird die Prothetik noch für lange Zeit ein wichtiges Thema für die Orthopäden bleiben - etwa 300 000 Kunstgelenke werden pro Jahr allein in Deutschland eingesetzt. Auch dabei spielen regenerative Ansätze eine Rolle: Das Tübinger Team will das Einheilen von Prothesen mithilfe biologischer Beschichtungen verbessern. Vor allem bei Prothesen mit porösen Oberflächen, in die der Knochen einwächst und die nicht mit Knochenzement verankert werden, ist dies eine interessante Alternative. Das betrifft zum Beispiel Hüftprothesen. "Bisher wurden vor allem die Oberflächenstrukturen der Prothesen verbessert, zum Beispiel wurde der Porendurchmesser optimiert, um es dem Knochen zu ermöglichen, innerhalb von Tagen oder Wochen in die mikroporöse Oberfläche einzuwachsen" erklärt Wülker und hofft, dieses Einwachsen durch die Beschichtung mit Proteinen verbessern beziehungsweise beschleunigen zu können.

Da Prothesen üblicherweise mit dem Hammer in den Knochen getrieben werden, muss solch eine Beschichtung so einiges aushalten - eine echte Herausforderung für die Wissenschaftler. Auch die richtige Proteinmenge für die Beschichtung muss ermittelt werden. Mit der Bearbeitung dieser Fragen hat Aicher mit seinem Team gerade angefangen - eine Forschungsförderung über drei Jahre wurde beim Bundeswirtschaftsministerium beantragt. Unterstützung bekommen die Forscher von jungen Biotech-Firmen und Prothesenherstellern, die als Industriepartner auch an diesem Projekt beteiligt sind.

Züchtung von Ersatzgewebe für Bandscheibe und Meniskus

Ein weiteres regenerationsmedizinisches Projekt dreht sich um die Therapie von Bandscheibenschäden. In einem großen staatlich geförderten BioProfile-Projekt wollen die Forscher der Uniklinik gemeinsam mit dem NMI Reutlingen Bandscheibenzellen züchten und ihr Potenzial als therapeutisches Ersatzmaterial testen. Dabei stehen nicht nur zell- und gewebebiologische Arbeiten an. "Ein Problem ist die Applikation gezüchteter Zellen in den Ring der Bandscheibe. Wir wollen ein Trägermaterial für die Zellen finden, das flüssig eingespritzt werden kann und sich dann idealerweise verfestigt, um so das Einspritzloch abzudichten" sagt Aicher. Er verfolgt verschiedene Ansätze, um das zu bewerkstelligen, einer geht von Zwei-Komponenten-Systemen aus, die ähnlich wie bei Klebstoffen funktionieren: Jede Komponente für sich ist flüssig oder viskos. Kommen die Komponenten jedoch zusammen, verfestigt sich die Mischung. Dieses Projekt ist gerade in der Startphase der vorklinischen Entwicklung und wird vom BMBF gefördert

Parallel dazu wird die regenerative Therapie von Meniskusschäden angegangen. "Immer wieder kommt es zu Rissen im Meniskus, die nicht geheilt werden können. Die Langzeitfolge ist eine Arthrosei" erklärt Wülker die Motivation zur Erforschung neuer Behandlungsmöglichkeiten. Die Grundidee besteht darin, Meniskuszellen zu züchten, die auf einem halbmondförmigen Trägermaterial angesiedelt werden, das schließlich im Kniegelenk angenäht wird.

Auch bei diesem Projekt ist die mechanische Belastbarkeit des Transplantats eine grߟe Herausforderung. Es muss die Druck- und Zugbelastungen verkraften und die zum Knorpel gewandte Oberfläche muss vor Verschleiß durch Reibung am Knorpel geschützt werden. Dafür kommen verschiedenste Biomaterialien in Frage, die Aicher und seine Mitarbeiter in Form von Vliesen, Schwämmchen, Netzen und Membranen testen. Kompliziert wird das Ganze noch dadurch, dass auf der Seite des Transplants, das der Knochenhaut zugewandt ist, Blutgefäße einwandern müssen, die das Meniskusgewebe mit Nährstoffen versorgen. "Wir versuchen die Zellen so anzusiedeln, dass sie Faktoren abgeben, die das Einwachsen von Gefäßen fördern. Wir haben mittlerweile eine Strategie, um die Zellen dahingehend zu aktivieren" zeigt sich Aicher optimistisch. Gefördert wird diese Arbeit zurzeit von der Deutschen Arthrosehilfe, wobei die Forscher planen, die Fragestellungen auch in ein BMBF-Projekt einzubringen.

leh - 17.10.2006
© BIOPRO Baden-Württemberg GmbH, Erstveröffentlichung unter www.bio-pro.de<, dem Biotech/Life Sciences Portal des Landes Baden-Württemberg. Alle Rechte vorbehalten.

Weitere Informationen:

Universitätsklinikum Tübingen
Orthopädische Klinik

Prof. Dr. Nikolaus Wülker
Ärztlicher Direktor
Prof. Dr. Wilhelm Aicher
Zellbiologisches Forschungslabor
Hoppe-Seyler-Straße 3
72076 Tübingen

Tel.: 07071 29-86046
Fax: 07071 29-4091
orthopaedie [at] med [dot] uni-tuebingen [dot] de
www.medizin.uni-tuebingen.de/ortho<