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Arthrose: Neuer Knorpel aus dem Labor

Wissenschaftler entwickeln neue Biomaterialien für Knochen- und Knorpelersatz

Forscher entwickeln Implantate einer neuen Generation

Forscher entwickeln Implantate einer neuen Generation
(Quelle: Claudia Hautumm/pixelio.de)

Für Knochendefekte und Knorpelverschleiß gibt es jetzt Aussicht auf besonders verträgliche Implantate einer neuen Generation. Forscher entwickeln für Knochen- und Knorpelersatz biomimetische Gerüststrukturen, die die natürliche Umgebung des Körpers nachahmen. Auf diesen Matrices differenzieren Stammzellen zu Knochen- und Knorpelzellen. Mit einem Implantat, das derart von körpereigenen Zellen überzogen ist, ließe sich in Zukunft schadhaftes Gewebe ersetzen – ohne Nebenwirkungen.

Für Arthrose, bei der Defekte an Knorpel und Knochen der Gelenke auftreten, gibt es bislang immer noch keine optimale Behandlung. Das könnte sich in Zukunft ändern: Forscher des Fraunhofer-Instituts, des Max-Planck-Instituts und der Universität Stuttgart untersuchen, wie Materialien für eine neue Generation von Implantaten beschaffen sein müssen, damit Zellen auf ihnen zu neuem funktionierenden Knochen- oder Knorpelgewebe zusammenwachsen.

„Wir wollen eine Gerüststruktur entwickeln, die adulten Stammzellen – das sind noch nicht spezialisierte Vorläuferzellen – die optimale Umgebung bietet, um sich anzusiedeln, zu wachsen und zu knochen- und knorpelbildenden Zellen zu reifen“, erläutert Prof. Dr. Thomas Hirth, Leiter des Fraunhofer IGB. Im Gewebe befinden sich Zellen in einem dreidimensionalen Gefüge, der extrazellulären Matrix, mit der sie über feine Kontakte kommunizieren und aus der sie unterschiedliche Reize empfangen. „Mit unseren synthetischen, biomimetischen Matrices ahmen wir diese Gegebenheiten nach.“

Die Wissenschaftler machen sich dabei zunutze, dass Zellen im Körper sehr empfindlich auf mechanische Kräfte aus ihrer unmittelbaren Umgebung ansprechen. Von der Umgebung hänge auch ab, zu welchen Zellen Stammzellen differenzieren. Nur wenn den Stammzellen das künstlich geschaffene Milieu passt, verhalten sie sich darauf wie in ihrer natürlichen Umwelt und entwickeln sich in die gewünschte Richtung. Aus einem speziellen Material haben die Forscher bereits Strukturen geschaffen, auf denen sich die Stammzellen zu Knochen- und Knorpelzellen entwickelten.

Damit die Stammzellen sich zu den gewünschten Knochen- oder Knorpelzellen ausbilden, benötigen sie außerdem Wachstumsfaktoren und Hormone. Im Körper wird die Zelldifferenzierung präzise gesteuert, indem Signalproteine nach Art einer Kaskade die Ausprägung gewebetypischer Funktionen in Gang setzen. „Damit dieser komplexe Vorgang auch außerhalb des Körpers funktioniert, integrieren wir die Signalproteine in die Matrix“, erklärt Hirth. „Dann kann sie auch tatsächlich mit den Stammzellen kommunizieren.“ Mit den biomimetischen Matrices haben die Forscher die Basis für körpereigene Implantate geschaffen. Wenn dieser Prozess standardisiert werden kann, könnten selbstheilende Implantate für Knochen und Knorpel bald in die medizinische Praxis gelangen.

Weitere Informationen zum Thema:

Pressemitteilung der Fraunhofer-Gesellschaft: Neue Biomaterialien für Knochen- und Knorpelersatz. 27. Oktober 2011

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Autor: Qualimedic.de 
Letzte Änderung am: 29.10.2011
 
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