Tissue Engineering - Wie sich im Labor neues Gewebe erzeugen lässt

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Mal abgesehen davon, dass er in freier Wildbahn vom Aussterben bedroht ist, hat uns der Axolotl viel voraus: Nicht nur, dass er ständig am Lächeln ist – er hat auch diese tolle Fähigkeit der Regeneration. Denn wenn der Schwanzlurch einen Arm verliert, ist das für ihn noch lange kein Beinbruch: Nach ein paar Monaten ist ihm ein neuer nachgewachsen. Das Gleiche gilt für Teile des Gehirns und Herzens.

Was wäre es praktisch, wenn unser Körper auch diese Gabe besäße oder es eine ›Anlaufstelle für Ersatzteile‹ gäbe. Doch was in Science-Fiction-Filmen bereits Realität ist, bleibt in der Realität Science Fiction. Oder zumindest sehr visionär, wie Dr. Heike Lehmann vom Zentrum für Regenerationsbiologie und Regenerative Medizin am Uniklinikum Tübingen erklärt:

»Gliedmaßen sind sehr komplex. Man muss viele verschiedene Gewebe sinnvoll miteinander kombinieren und es zugleich schaffen, diese zu durchbluten. Daher schließe ich diese Möglichkeit für kurz- und mittelfristige Zeiträume aus.«

Wenngleich noch lange nicht die Rede von gezüchteten Ersatzarmen und -beinen sein kann: Im Bereich des Tissue Engineering, auf deutsch Gewebezüchtung, tut sich sehr viel: Ob Hautersatz bei Verbrennungen und chronischen Wunden oder Gewebetransplantationen bei Kniegelenksarthrose – das Ziel von Tissue Engineering ist es laut Robert Langer, einem Pionier des Tissue Engineering, mittels

»Prinzipien aus dem Ingenieurwesen und der Biowissenschaft biologische Ersatzstoffe zu entwickeln, die die Gewebefunktion wiederherstellen, erhalten oder verbessern«.

Wie dies im Detail aussieht, können Dr. Lehmann, Professor Günter Finkenzeller und Christian Lotz näher erläutern.

Schritt für Schritt zu neuem Gewebe

Alle drei sind an unterschiedlichen Unikliniken beziehungsweise Lehrstühlen auf dem Gebiet des Tissue Engineering tätig. Christian Lotz, Doktorand am Lehrstuhl für Tissue Engineering und Regenerative Medizin an der Uni Würzburg, erklärt am Beispiel der Cornea, der Augenhornhaut, wie die einzelnen Schritte von der Zelle bis zum Transplantant aussehen:

»Am Anfang stehen die Fragestellung und die Zielsetzung. Ist dies geschehen, muss man sich ein detailliertes Bild von dem Organ oder Gewebe, das reproduziert werden soll, anhand der Literatur und des aktuellen Forschungsstands machen. Mithilfe dieses Wissens kann man zielgerichtet die Fragestellung angehen, ob man beispielsweise ein Implantat, Transplantat oder Testsystem, ein komplexes Gewebe oder ein simpleres Modell maßgeschneidert für die Fragestellung entwickelt.«

Für den Aufbau brauche man die Zellen des gewünschten Gewebes, die isoliert und kultiviert werden müssen. Diese können in der Zellstruktur expandiert werden und mithilfe von Trägerstrukturen und Bioreaktoren kann das Gewebe aus den einzelnen Bestandteilen wieder zusammengesetzt werden. Zum Schluss ist das Modell noch zu validieren, um zugelassen zu werden: »Im Fall der Cornea heißt dies konkret, dass bekannte Substanzen getestet werden müssen, um die Vorhersagekraft des Systems zu bestimmen«, so der 26-Jährige weiter. Das fertige Testsystem wird unter anderem zur Untersuchung von Erkrankungen oder für Substanzen genutzt, die eine Zulassung brauchen – wie Seifen oder Shampoos. Solche Modelle helfen dabei nicht nur den Menschen, sondern auch Tieren, denn lassen sich damit Tierversuche reduzieren oder ersetzen.

Wege zu einem neuen Knieknorpel

Lehmann von der Uniklinik Tübingen hingegen arbeitet in einem Verbund, bei dem unter anderem die autologe Chondrozyten-Transplantation (ACT) beziehungsweise Knorpelzelltransplantation weiterentwickelt wird: »Bei dieser Methode werden Zellen aus dem Knieknorpel des Patienten verwendet. Diese werden im Labor vermehrt und in eine schwammähnliche Trägerstruktur gebracht, deren Poren den Zellen einen geeigneten Lebensraum bieten. Daraus wiederum lässt sich ein Stanzpräparat entnehmen, das am defekten Knieknorpel eingesetzt werden kann.« Dieses Verfahren, das bereits seit rund 16 Jahren in der Anwendung ist, wird im Rahmen des Verbundprojekts ›Regenerative Medizin in Neckar/Alb‹ (REGiNA) stetig weiterentwickelt. So soll nicht nur der Sportler nach einem Unfall von der Methode profitieren können – sondern auch, vor dem Hintergrund des demographischen Wandels, ältere Menschen mit Arthrose im Knie.

Die Zukunft des Tissue Engineering

Und doch stehen wir erst am Anfang einer großen Palette an Möglichkeiten. Professor Günter Finkenzeller, Sektionsleiter für Forschung und Tissue Engineering an der Klinik für Plastische und Handchirurgie an der Uniklinik Freiburg denkt, dass es in zehn Jahren …

Und doch stehen wir erst am Anfang einer großen Palette an Möglichkeiten. Professor Günter Finkenzeller, Sektionsleiter für Forschung und Tissue Engineering an der Klinik für Plastische und Handchirurgie an der Uniklinik Freiburg denkt, dass es in zehn Jahren mitwachsende Herzklappen für Kinder mit angeborenen Herzdefekten geben könnte, wie auch eine verbesserte Knochenheilung bei schlecht-heilenden Knochenbrüchen durch Implantation von Keramik-basierten Biomaterialien, die mit patienteneigenen Stammzellen besiedelt sind. Dr. Lehmann von der Uniklinik Tübingen sieht zudem eine große Zukunft bei der Züchtung von Fettgewebe, was zum Beispiel Frauen nach Brustkrebs-Operationen als Alternative zu Silikon zugute kommen könnte. Wenngleich sie dies noch als »Zukunftsmusik« bezeichnet, gehen die Forschungen forschen Schrittes Richtung Zukunft:

»Mit dem wachsenden Wissen über Wirkund Funktionsmechanismen von Geweben und dem Fortschritt in der Technologie wächst auch die Komplexität der rekonstruierten Gewebe.«

Wie lange es allerdings dauern wird, das ursprünglich erklärte Ziel des Tissue Engineering, die Rekonstruktion von Organen in vitro, zu erreichen, bleibt dahingestellt:

»In diesem ambitionierten Streben wurden bereits verschiedenste Implantate entwickelt, die zum Beispiel in der Haut- und Knochenheilung eingesetzt werden, jedoch sind diese oft simplere Gewebekonstruktionen, die den Heilprozess unterstützen, aber nicht von sich aus ein Gewebe oder Organ ersetzen können«, erläutert Lotz.

Dabei wird es auch vorerst bleiben, denn Finkenzeller sieht es als sehr unwahrscheinlich an, dass es möglich sein soll, komplexere Organe wie eine Niere ex vivo – isoliert unter Laborbedingungen – nach den klassischen Prinzipien des Tissue Engineering zu züchten, da diese Organe aus mehreren Zelltypen bestehen, die in außerordentlich komplexen topographischen und funktionellen Beziehungen zueinander stehen. Obwohl man niemals nie sagen sollte, erscheint es ihm nahezu unmöglich, diese enorme Komplexität ex vivo zu rekapitulieren, so der Professor weiter.

Allgemein beschreibt das Wort ›komplex‹ das Fach an sich sehr gut: Tissue Engineering ist ein sehr interdisziplinäres Forschungsgebiet, das nicht nur sämtliche medizinischen und biologischen Disziplinen betrifft, sondern auch die chemischen. Ebenso involviert sind Wissenschaftler aus der Materialforschung und Ingenieure mit Kenntnissen über Bioreaktoren.

»In Zukunft könnte auch die Kooperation mit Ingenieuren aus dem Bereich der Mikrosystemtechnik wichtig werden –beispielsweise bei der Entwicklung von 3D-Biodruckern«, führt Professor Finkenzeller aus.

Kommt es zur Zulassung von Implantaten finden sich auch Juristen und Wirtschaftwissenschaftler im Bereich des Tissue Engineering.

Es ist quasi für jeden etwas dabei – in dieser Branche, die sehr viel Potenzial bietet: nicht nur interessierte Einsteiger, sondern auch für die Menschen, denen Tissue Engineering ein schmerzfreies und längeres Leben schenken kann.

Evelyn Eberl

Dieser Text stammt aus der Feder von:

Evelyn Eberl

eberl(at)audimax.de
Telefon: 0911-23779 41

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Die amerikanische Arzneimittelbehörde FDA ließ 1998 erstmals ein Verfahren zu, mit dem Hautzellen eines Patienten in Gewebekulturen vermehrt wurden.


Rund drei Wochen dauert es von der Zellentnahme bis zu dem Zeitpunkt, an dem der Patient das Implantat eingesetzt bekommt.


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