Körpereigener Meniskus aus dem 3D-Drucker

New York – Für die verletzungsanfälligen Meniskusscheiben, die die Druckübertragung im Kniegelenk verbessern und damit einer Arthrose vorbeugen, gibt es bisher keinen vollwertigen Ersatz. US-Forscher experimentieren neuerdings mit Meniski aus dem 3D-Drucker, die als Gerüst für eine Regeneration mit körpereigenen Stammzellen dienen. Erste tierexperimentelle Studien sind laut einer Studie in Science Translational Medicine (2014; 6: 266ra1719) vielversprechend.

Wie bei allen Knorpelgeweben kann der Körper Defekte am Meniskus nicht selbst reparieren. Auch die arthroskopischen Behandlungsmöglichkeiten sind beschränkt. Bei schweren Verletzungen muss der Meniskus häufig teilweise oder vollständig entfernt werden. Einige Zentren bieten zwar mittlerweile eine Transplantation aus Spender­gewebe oder die Implantation synthetischer Materialien an. Die individuelle Form und die Qualität des körpereigenen Meniskus lassen sich dadurch nicht vollständig ersetzen.

Ein Team um Jeremy Mao vom Columbia University Medical Center in New York schlägt deshalb vor, den Meniskus durch ein Implantat zu ersetzen, dass im 3D-Drucker bis auf zehn Mikrometer genau geformt werden kann und dass danach als Passform für eine Regeneration des Knorpels durch Stammzellen dient.

Der Plan ist folgender: Im ersten Schritt wird eine Kernspintomografie des gesunden Kniegelenks durchgeführt. Die dabei ermittelte Form des Meniskus wird als Information an den 3D-Drucker weitergeleitet. Der stellt dann innerhalb von 30 Minuten eine Pass­form aus Polycaprolacton her, einem biologisch abbaubaren Kunststoff.

In diese Passform werden im Labor endogene Stammzellen injiziert. Diese werden dann durch Injektion von Wachstumsfaktoren zur Bildung von Knorpelgewebe angeregt. Zum Einsatz kamen CTGF (connective tissue growth factor) und später TGFbeta3 (trans­forming growth factor–beta3). Dabei sind laut Mao der sequenzielle Einsatz der beiden Faktoren und der Injektionsort von größter Bedeutung für das Gelingen des „Rezepts“: In der äußeren Zone muss sich hauptsächlich Kollagen Typ I bilden, im Kern überwiegt Typ II-Kollagen.

Erste Experimente an Schafen (deren Knie dem des Menschen ähnelt) verliefen offenbar erfolgreich. Elf Tiere wurden auf die Implantation einer mit Wachstumsfaktoren behan­delten Passform oder auf das 3D-Gerüst ohne Protein (Vergleichsgruppe) randomisiert. Wie die spätere Obduktion zeigt, hatte sich innerhalb von vier bis sechs Wochen neues Knorpelgewebe gebildet.

Die Passform hatte sich während dieser Zeit aufgelöst, so dass die Kniegelenke von einem natürlichen Meniskus in der richtigen Größe geschützt wurden. Nach drei Monaten konnten die behandelten Tiere in der Regel wieder normal gehen. Die Forscher halten die Methode für soweit ausgereift, dass sie demnächst mit klinischen Studien beginnen wollen.

rme