Medizin

„Homing“: Ersatzgelenk reift im Körper heran

Donnerstag, 29. Juli 2010

New York City – US-Forscher ist ein wichtiger Schritt in Richtung eines autologen Gelenktransplantates gelungen, bei dem das defekte Gelenk durch körpereigenes Gewebe ersetzt wird. Sie implantierten Kaninchen einen Humeruskopf aus resorbierbarem Material, dessen Gelenkfläche sich innerhalb weniger Wochen soweit regenerierte, dass die Tiere wieder normal laufen konnten. Langfristig werde der gesamte künstliche Knochen durch körpereigenes Material ersetzt werden, berichten die Forscher im Lancet (2010; doi:10.1016/S0140-6736(10)60668-X).

Das Gerüst (Scaffold) für den Humeruskopf besteht aus 20 Prozent Hydroxyapatit und 80 Prozent Polycaprolacton, einem biologisch abbaubarem Kunststoff. Der Kunstknochen, den die Gruppe um Jeremy Mao vom Columbia University Medical Center in New York entwickelt hat, enthält keine lebenden Zellen, doch die Forscher gehen davon aus, dass der Scaffold nach der Transplanation allmählich von körpereigenen Zellen besiedelt wird. Aus dem Kunstgelenk würde dann ein biologischer Knochen.

Der Scaffold wurde mittels „Bioprinting“ Schicht für Schicht im Labor geformt, wobei der Drucker die Informationen über die Gestalt von einem 3-D-Scanner erhielt. Mit ihm war zuvor das Gelenk aus einem altersgleichen Kaninchen-Kadaver vermessen worden.

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Der fertige Scaffold enthielt zahlreiche Mikrokanäle, über die später die Regeneration in einen körpereigenen Knochen erfolgen soll. Zur Gelenkfläche des Humerus hin reichten die Mikrokanäle bis zur Oberfläche.

Hier sollte sich nach der Transplantation eine neue Knorpelschicht bilden. Um diese zu stimulieren, wurde das Gelenk mit einem Kollagengel imprägniert, das den „Transforming growth factor beta 3“ enthielt, einen Wachstumsfaktor für die Differenzierung von Chondrozyten.

Alle zehn Tiere, die ein derartiges Ersatzgelenk erhielten, konnten es nach Auskunft von Mao bereits nach vier Wochen benutzen. Ob dies schmerzfrei für die Kaninchen war, ist nicht ganz sicher. Die Videoaufnahmen zeigen aber, dass die Tiere den operierten Vorderlauf nicht mehr schonten und sich normal bewegten.

Vier Monate nach der Operation hatte sich auf den Röntgenbildern ein einigermaßen normaler Gelenkspalt ausgebildet. Die histologische Untersuchung ergab, dass der Scaffold tatsächlich mit Knorpel überzogen war und sich teilweise in einen normalen Knochen verwandelt hatte.

Damit ist für Mao der prinzipielle Beweis erbracht, dass Gelenke regenerierbar sind. Die Methode kommt ohne die Transplantation von Stammzellen aus. Durch die Wachstumshormone werden aber körpereigene Vorläuferzellen angelockt („Homing“), die dann nach und nach den Knochen neu aufbauen.

Theoretisch könnte die Methode auch am Menschen angewendet werden, schreibt der Kieler Kieferchirurg Privatdozent Patrick Warnke, der derzeit an der Bond University in Gold Coast (bei Brisbane im australischen Bundesstaat Queensland) tätig ist.

Warnke war es vor Jahren gelungen, einen Knochen (allerdings ohne Gelenk) in der Rückenmuskulatur eines Patienten wachsen zu lassen. Er wurde später zur Rekonstruktion des Unterkiefers nach eine Tumoroperation benötigt (Lancet 2004; 364: 766-770).

Der Ersatz eines Gelenks stellt indes ganz andere Anforderungen, und Menschen sind nun einmal keine Kaninchen. Eine klinische Anwendung ist deshalb derzeit nicht in Sicht. Warnke befürchtet, dass die Regenerationsfähigkeit bei älteren Menschen mit Komorbiditäten eingeschränkt ist und sie entsprechend lange Liegezeiten inkauf nehmen müssten, bis sie ihr Gelenk schmerzfrei bewegen könnten.

In dieser Zeit wäre zudem eine intensive Physiotherapie notwendig. Die Implantation eines Metallgelenks dürfte hier auf absehbare Zeit die schnellere und bessere Alternative bleiben, meint Warnke in seinem Kommentar (Lancet 2010; doi: 10.1016/S0140-6736(10)60931-2). © rme/aerzteblatt.de

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