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Radiofeuilleton - Wissenschaft und Technik / Archiv | Beitrag vom 20.11.2011

Heilung für geschundene Gelenke

Wie aus Stammzellen neues Gewebe entstehen soll

Von Thomas Gith

Die Stammzelltherapie soll bald Menschen mit Gelenkproblemen helfen. (biomechanik.de/Charite)
Die Stammzelltherapie soll bald Menschen mit Gelenkproblemen helfen. (biomechanik.de/Charite)

Wissenschaftler von Max-Planck und Fraunhofer-Instituten versuchen gemeinsam, aus Stammzellen Knorpel- und Knochengewebe zu züchten. Die Forscher entnehmen dem Patienten beispielsweise aus dem Becken sogenannte adulte Stammzellen - und implantieren ihm anschließend das daraus gewonnene Gewebe.

Die medizinischen Hoffnungen, die sich in den vergangenen Jahren mit der Stammzelltherapie verbunden haben, waren groß. Heilung für erkrankte Organe erschien plötzlich möglich, entsprechend ausgeprägt war anfangs die Euphorie. Doch die großen Erfolge sind bisher ausgeblieben. Immerhin: Mittlerweile gibt es etwa medizinische Versuche, das Herz nach einem Infarkt mittels Stammzellen zu behandeln. Und auch in einem anderen Bereich wird intensiv geforscht: So versuchen Wissenschaftler von Max-Planck- und Fraunhofer-Instituten gemeinsam, aus Stammzellen Knorpel- und Knochengewebe zu züchten.

Natürlich ist es auch hier die Hoffnung, die die Wissenschaftler vorantreibt – und ohne einen Blick nach vorne geht es also auch diesmal nicht. Denn in ihrem gemeinsamen Projekt versuchen die Wissenschaftler, aus Stammzellen natürliche Gewebe-Implantate für geschundene Knorpel und Knochen zu züchten. Der Bedarf zumindest ist da, sagt Professor Thomas Hirth vom Fraunhofer-Institut für Grenzflächen und Bioverfahrenstechnik aus Stuttgart.

"Wir rechnen zukünftig mit einem steigenden Bedarf an Implantaten, zum einen natürlich, weil wir eine Veränderung der Alterspyramide haben, wir haben wesentlich längere Lebenserwartung und dann steigt damit natürlich zwangsläufig der Bedarf auch an Implantaten, weil natürlich Verschleißerscheinungen im Körper auftreten. Und der andere Punkt ist natürlich der Trend zu mehr personalisierter Medizin. Und das zieht natürlich sowohl auf der Medikamentenseite andere Entwicklungen nach sich, wie auch im Bereich der Implantate."

Bei der personalisierten Medizin wird die Therapie genau auf die Bedürfnisse des Patienten zugeschnitten. Im Falle von Knochen- und Knorpelersatz hieße das: Die Forscher entnehmen dem Patienten beispielsweise aus dem Becken sogenannte adulte Stammzellen und züchten daraus im Labor neues Gewebe. Dafür müssen sie zunächst einen Nährboden entwickeln, auf dem die Zellen heranwachsen können.

"Wir versuchen ja die Umgebung so aufzubauen, dass diese adulten Stammzellen sich auf dieser Oberfläche auch ansiedeln, dass sie im Prinzip sich vermehren und dass sie sich auch differenzieren. Dass sie sich zu solchen Zellen entwickeln, die dann dieses körpereigene Gewebe aufbauen."

In der Petrischale soll so also aus Stammzellen Knochen- und Knorpelgewebe heranwachsen, das sich anschließend in den Körper implantieren lässt. Der Einsatz von adulten Stammzellen ist dabei ethisch unbedenklich: Denn die werden nicht aus Embryos entnommen, die bei dem Verfahren zu Grunde gehen. Professor Joachim Spatz vom Max-Planck-Institut für intelligente Systeme.

"Adulte Stammzellen kommen direkt von dem Patienten, also von den erwachsenen Patienten und haben quasi alle Möglichkeiten, sich in unterschiedliche Zelltypen zu differenzieren. Und das ist ganz klar ethisch vertretbar und auch erlaubt, diese adulten Stammzellen dann auch in der Klinik einzusetzen."

Momentan sind die Forscher ganz damit beschäftigt, einen optimalen Nährboden zu entwickeln, auf dem die Stammzellen wachsen können. Mittlerweile haben sie schon eine recht gute Zusammensetzung gefunden, sagt Fraunhofer-Forscher Doktor Günter Tovar.

"Die Materialien sind zum Beispiel Hybridmaterialien aus einer anorganischen Komponente, Hybroxylapatit, das ist der Hauptbestandteil des Knochens, und aus einer organischen Komponente, Polymilchsäure, das ist eine Komponente, die dann im Körper zum Beispiel wieder abgebaut werden wird und durch körpereigenes Material ersetzt wird. Und die Zellen fühlen sich in dem synthetischen Material schon recht wohl."

Zunächst einmal müssen sich die Zellen also in diesem synthetischen Nährboden ansiedeln und dort anschließend weiterwachsen. Dafür muss der Boden unter anderem Hormone enthalten. Die werden ihm in Form von winzig kleinen Kügelchen zugefügt. Die Kügelchen mit den Hormonen sind bereits entwickelt – die praktischen Versuche, mit ihnen das Gewebewachstum zu forcieren, stehen als Nächstes an.

"Der erste Schritt wird wirklich sein, das Prototyp-Knorpelgewebe zu entwickeln. Und das dann über klinische Versuche so weiter zu bringen, dass irgendwann wirklich ein Patient davon profitieren kann."

Wie weit sich das Gewebe außerhalb des Körpers entwickeln muss, um implantiert werden zu können, ist derzeit noch unklar. Möglicherweise lässt sich dem Patienten sogar fertig ausdifferenziertes Knochen- und Knorpelgewebe einpflanzen. Vorrangiges Ziel ist dabei, dass der Körper das künstlich gezüchtete Gewebe gut verträgt und nicht abstößt, sagt Joachim Spatz.

"Implantate stellen meistens einen Fremdkörper dar. Und Fremdkörper, dafür ist der Körper auch gemacht, müssen vom Körper erst mal abgewehrt werden. Und das heißt, da ist die Biokompatibilität, das heißt die Verträglichkeit von Implantaten ganz wichtig. Wenn man von vorneherein autologe Zellen nimmt, dass heißt Zellen vom eigenen Patienten, und die Zellen dazu bringt, die Materialien zu synthetisieren, dann ist man ganz nahe dran an einem biokompatiblen Material, weil es ursprünglich sogar aus dem Körper kommt."

Die adulten Stammzellen des Patienten erscheinen hier also als eine gute Basis, um für ihn Knochen- und Knorpelgewebe zu züchten. Doch bevor es zum medizinischen Einsatz kommen kann, müssen zunächst einmal die weiteren Laborversuche gelingen. Die ersten Studien zum Nährboden für die Stammzellen sind zumindest schon einmal Erfolg versprechend.

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