Gesundheit

Durch Nanostimulation: Forscher stellen Knochengewebe im Labor her

Sabine Berger Autorin, Hemd & Hoodie

Durch Vibrationen lassen sich Stammzellen in formbares Knochengewebe umwandeln, das orthopädische Eingriffe grundlegend verändern könnte.

Die Transplantation von Knochengewebe gehört zu den Standardmethoden der heutigen Medizin. Bei rund zwei Millionen Menschen pro Jahr wird Knochenmaterial – meist aus der Hüfte – entnommen, um damit Verletzungen oder durch Osteoporose verursachte Beschädigungen zu behandeln. Auch beim Einsetzen von Implantaten wie künstlichen Knie- oder Hüftgelenken wird eigene Knochenmasse benötigt. Das erfordert jedoch immer einen zusätzlichen Eingriff, der das Risiko für Komplikationen und Schmerzen für die Patienten erhöht.

Um den Großteil dieser Operationen künftig zu vermeiden, arbeiten Wissenschaftler der Universität Glasgow seit mehreren Jahren an der Erzeugung von körpereigenem Knochengewebe im Labor. Durch den Einsatz einer innovativen Methode konnten sie nun einen bahnbrechenden Erfolg erzielen: Indem sie Stammzellen kaum spürbaren Nano-Vibrationen aussetzten, gelang es ihnen, deren Entwicklung zu dreidimensionalem mineralisiertem Knochengewebe anzuregen.

individuell formbares Knochengewebe

Dazu werden mesenchymale Stammzellen verwendet, die dem Patienten per Knochenmarkpunktion entnommen werden. Diese sind theoretisch in der Lage, sich in verschiedene Gewebearten, also auch Muskeln, Knorpel, Bänder oder Sehnen umzuwandeln. Um ihre Verwandlung in Osteoblasten zu initiieren, wurden die Zellen in eine Petrischale gegeben und in einem eigens entwickelten Bioreaktor rund 1.000 sogenannten Nano-Kicks pro Sekunde ausgesetzt.

Osteoblasten bilden die Basis für das flexible Knochengewebe.
Osteoblasten bilden die Basis für das flexible Knochengewebe. Bild: Wikipedia – Wbensimth (CC BY 3.0) – (Montage)

Das bei dieser Nanostimulation entstehende Gewebe weist noch nicht die Festigkeit vollständig entwickelter Knochen auf. Laut den Wissenschaftlern ist es wie eine Art Spachtelmasse, die geformt werden kann. „Wir geben sie in ein festes Collagenmodell, das per 3D-Drucker hergestellt wurde“, erklärt Matthew Dalby, einer der Hauptautoren der Studie. Auf diese Weise lassen sich individuelle dreidimensionale Knochenformen herstellen, die dem Patienten anschließend wie Puzzleteile eingesetzt werden.

Die Züchtung von Knochengewebe im Labor ist nicht völlig neu. Bisher mussten die Zellen dazu jedoch in einer Lösung aus verschiedenen Chemikalien angesetzt werden. Diese Fremdstoffe verursachten oft Nebenwirkungen und Abstoßungsreaktionen, sobald das Gewebe in den Körper eingesetzt wurde. Die Studie sei daher ein großer Schritt auf dem Weg, Stammzellen für die Erzeugung von natürlichem Knochengewebe zu verwenden, betont Dalby. In drei Jahren sollen erste klinische Tests mit Patienten stattfinden und die Wissenschaftler hoffen, die Technik in zehn Jahren für den breiten Einsatz in medizinischen Behandlungen bereitstellen zu können.

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