Forscher an der TU Wien haben eine bahnbrechende Methode entwickelt, um Knorpel aus Stammzellen zu züchten und ihn in nahezu jede gewünschte Form zu bringen. Dieser Durchbruch könnte zu besseren Möglichkeiten führen, Verletzungen zu reparieren.
Knorpel ist das elastische Gewebe in den Gelenken, das wie ein Polster wirkt, um zu verhindern, dass die Knochen aufeinander reiben. Doch obwohl er von großer Bedeutung ist, verfügt er bei Erwachsenen über kaum regenerative Fähigkeiten. Wenn er also durch Verletzungen oder langjährigen Verschleiß geschädigt wird, kann dies zu schmerzhaften chronischen Zuständen wie Arthrose führen.
Wissenschaftler suchen nach Möglichkeiten, künstliche Ersatzmaterialien herzustellen, doch es scheint, dass nichts die natürliche Substanz übertreffen kann. Eine andere potenzielle Lösung besteht darin, natürlichen Knorpel mithilfe von Stammzellen regenerieren zu können. Dabei treten jedoch andere Probleme auf, wie beispielsweise die richtige Formgebung der Zellen. Oft ändern sich diese Stammzellenklumpen, oder sie schrumpfen.
Für die neue Studie entwickelte das Team der TU Wien eine Technik zur Herstellung von Knorpelproben in nahezu jeder gewünschten Form. Als Beweis formten sie den Knorpel in das Logo der Universität. Doch der eigentliche Durchbruch liegt nicht so sehr bei den Stammzellen, sondern bei dem Behälter, in dem sie platziert werden – winzige, hohle, per 3D-Druck hergestellte “Sphäroide”, die wie Bausteine miteinander verbunden werden können und somit eine Gerüststruktur für die Knorpelstammzellen im Inneren bilden.
“Unter dem Mikroskop sieht man sehr deutlich: benachbarte Sphäroide wachsen miteinander, die Zellen wandern von einem Sphäroid zum anderen und umgekehrt, sie verbinden sich nahtlos und ergeben eine geschlossene Struktur ohne Hohlräume – im Gegensatz zu anderen bisher verwendeten Methoden, bei denen sichtbare Grenzflächen zwischen benachbarten Zellklumpen verbleiben”, erklärt Oliver Kopinski-Grünwald, ein Autor der Studie.
Die Sphäroide bestehen aus einem bioverträglichen Kunststoffmaterial, das anfangs Stabilität und Struktur bietet, sich jedoch innerhalb weniger Monate abbaut, sodass das Gewebe in der gewünschten Form zurückbleibt. Das Team ist der Ansicht, dass dies zu effektiveren und individuell angepassten Knorpelersatzstoffen führen könnte.
“Ein erstes Ziel wäre es, kleine maßgeschneiderte Stücke von Knorpelgewebe herzustellen, die nach einer Verletzung in vorhandenes Knorpelmaterial eingefügt werden können”, so Kopinski-Grünwald. “Auf jeden Fall konnten wir nun zeigen, dass unsere Methode zur Herstellung von Knorpelgewebe mithilfe von sphärischen Mikrogerüsten grundsätzlich funktioniert und entscheidende Vorteile gegenüber anderen Technologien bietet.”
Knorpel ist ein attraktives Ziel für solche Arbeiten – nicht nur, weil Menschen häufig Probleme damit haben, sondern auch, weil er verhältnismäßig einfach ist und keine Blutgefäße benötigt. Wenn es gelingt, die Herausforderung der Einbeziehung von Blutgefäßen in diese maßgeschneiderten Gewebe zu meistern, könnten die Forscher die Technik auch für andere Gewebe wie Knochen anpassen.
Die Forschung wurde in der Zeitschrift Acta Biomaterialia veröffentlicht.
FAQs:
Frage 1: Was ist Knorpel?
Antwort: Knorpel ist das elastische Gewebe in den Gelenken, das wie ein Polster wirkt, um zu verhindern, dass die Knochen aufeinander reiben.
Frage 2: Warum ist die Regeneration von Knorpel bei Erwachsenen problematisch?
Antwort: Bei Erwachsenen verfügt Knorpel über kaum regenerative Fähigkeiten. Verletzungen oder langjähriger Verschleiß können zu schmerzhaften chronischen Zuständen wie Arthrose führen.
Frage 3: Wonach suchen Wissenschaftler in Bezug auf Knorpel?
Antwort: Wissenschaftler suchen nach Möglichkeiten, künstliche Ersatzmaterialien herzustellen, da natürlicher Knorpel schwierig zu regenerieren ist.
Frage 4: Was ist eine potenzielle Lösung zur Regeneration von Knorpel?
Antwort: Eine potenzielle Lösung besteht darin, natürlichen Knorpel mithilfe von Stammzellen regenerieren zu können.
Frage 5: Worin liegt der Durchbruch in der neuen Methode zur Herstellung von Knorpelgewebe?
Antwort: Der Durchbruch liegt nicht so sehr bei den Stammzellen, sondern bei dem Behälter, in dem sie platziert werden – winzige, hohle, per 3D-Druck hergestellte “Sphäroide”, die wie Bausteine miteinander verbunden werden können und eine Gerüststruktur für die Knorpelstammzellen bilden.
Frage 6: Aus welchem Material bestehen die Sphäroide?
Antwort: Die Sphäroide bestehen aus einem bioverträglichen Kunststoffmaterial.
Frage 7: Wie lange dauert es, bis sich die Sphäroide abbauen und das Gewebe in der gewünschten Form zurückbleibt?
Antwort: Das bioverträgliche Kunststoffmaterial baut sich innerhalb weniger Monate ab.
Frage 8: Welche Vorteile bietet diese Methode im Vergleich zu anderen Technologien?
Antwort: Im Gegensatz zu anderen Methoden, bei denen sichtbare Grenzflächen zwischen benachbarten Zellklumpen verbleiben, bildet die Methode eine geschlossene Struktur ohne Hohlräume.
Frage 9: Kann diese Methode auch für die Herstellung anderer Gewebe verwendet werden?
Antwort: Ja, wenn es gelingt, die Herausforderung der Einbeziehung von Blutgefäßen zu meistern, könnten die Forscher die Technik auch für andere Gewebe wie Knochen anpassen.
Definitions:
– Stammzellen: Unspezialisierte Zellen, die das Potenzial haben, sich zu verschiedenen Zelltypen zu entwickeln.
– 3D-Druck: Eine Herstellungsmethode, bei der Objekte schichtweise aufgebaut werden, indem Materialien basierend auf digitalen Modellen abgelagert werden.
– Arthrose: Eine degenerative Gelenkerkrankung, die durch den Abbau von Knorpel gekennzeichnet ist.
– Regenerative Fähigkeiten: Die Fähigkeit eines Gewebes oder Organs, sich selbst zu regenerieren oder zu reparieren.
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TU Wien