Skelettgeweberegeneration
Muskel-Skelett-Erkrankungen und -Komplikationen aufgrund von Verletzungen können über regenerative Ansätze behandelt werden. Diese Strategien zielen auf die Reparatur, Wiederherstellung oder Verjüngung von Skelettelementen und damit verbundenen Gewebes mithilfe von Stammzellen und biokompatiblen Scaffolds ab. Idealerweise sollten Scaffolds mit integrierten bioaktiven Faktoren, welche die Differenzierung von Stammzellen in gewebespezifische Zellen unterstützen, dazu in der Lage sein, auf Umwelteinflüsse zu reagieren. Außerdem sollten Scaffold-Biomaterialien die Gewebe-Implantat-Grenzfläche unterstützen. Diese können aus Titanrohren mit Bulk-Polymeren und selbstorganisierenden kurzen Peptiden bestehen. Die EU-finanzierte Initiative SKELGEN (Establishment of a cross continent consortium for enhancing regenerative medicine in skeletal tissues) brachte führende Experten aus der EU und Neuseeland auf dem Gebiet der orthopädischen Forschung zusammen. Über einen multidisziplinären Ansatz, der Biotechnik und Computermodellierungen beinhaltete, widmete sich das Konsortium der Entwicklung neuartiger Lösungen im Bereich der Regenerationsmedizin für das menschliche Skelett, einschließlich von Knochen, Knorpelgewebe und Sehnen/Bändern. Skelettgewebetechnik Die Forscher standardisierten zunächst Protokolle für die Isolierung, Beschreibung und Expansion skelettaler Stammzellen von unterschiedlichen Quellen. Darüber hinaus wurden mehrere Bioherstellungsplattformen für das Entwerfen und die Produktion gewebespezifischer poröser Scaffolds entwickelt. Diese wurden so konzipiert, dass sie die unterstützenden Materialien und Wachstumsfaktoren für die gerichtete Differenzierung skelettaler Stammzellen in biotechnisch hergestellte Knochen, Knorpel oder Sehnen zuführen. Forscher visualisierten die Konstrukttopologie und führten eine mechanische Evaluation und Immunogenitätstests sowie eine In-vitro-Evaluation von Biomaterial-Scaffolds durch. Untersuchungen an verschiedenen Tiermodellen bestätigten die Biokompatibilität und potenzielle klinische Wirksamkeit der hergestellten Konstrukte. Der gesamte Gewebeherstellungsansatz wurde über Computermodellierungen unterstützt. Das Ziel bestand darin, die Mechanismen der Zell- und Geweberegeneration sowie die Zellen-Gerüst-Interaktion in der dreidimensionalen Anordnung in Erfahrung zu bringen. „Die Computermodellierung ist ein neues Forschungswerkzeug, das für ein integriertes Verständnis des Stammzellenverhaltens, des Zellwachstums und der Nährstoffanforderungen sowie für die Gasmodellierung während des Geweberegenerationsprozesses von sehr großer Bedeutung ist“, erklärt Dr. Yang. Klinische Umsetzung Der nächste Schritt hinsichtlich der klinischen Umsetzung dieser medizinischen Geräte wurde über Kontakte mit orthopädischen Chirurgen und der Industrie durchgeführt. Bedeutsamer Weise sind die Partner davon überzeugt, dass „das Engagement von Wissenschaftlern und Klinikern in der Frühphase von Forschung und Entwicklung bezüglich der klinischen Umsetzung immense gesellschaftliche und ökonomische Auswirkungen auf die Community haben wird.“ Ärzte und Forscher der University of Southampton nutzten bei verwandter Forschung im Bereich der Hüftchirurgie ein aus Knochen und Titan bestehendes Konstrukt. Das Implantat wurde patientenspezifisch mithilfe computergestützter Entwurfs- und Herstellungstechnik entworfen und entwickelt. Ärzte verwendeten Knochenstammzellen zum Ausgleich von Knochenschwund und zur Anregung der Geweberegeneration hinter dem Implantat und im Umkreis des Implantats. Dieses bahnbrechende Verfahren soll die Patientenprognosen signifikant verbessern. Insgesamt gesehen erfüllte SKELGEN seine Mission, über Forschungsaustausche zwischen EU-geförderten und neuseeländischen Partnern, jährliche Fortschrittssitzungen und Workshops solide, kontinentübergreifende Kooperationen einzurichten. Die Projekterfolge wurden auf internationalen Symposien und Konferenzen sowie über Publikationen kommuniziert. Zusammen genommen haben diese Maßnahmen zu gemeinsamen europäischen ITN-Förderanträgen durch die Konsortiumsmitglieder geführt. Im Zuge der Überwindung politischer und ethischer Bedenken verfolgen die SKELGEN-Partner die Vision, dass Innovationen im Bereich der Stammzellentherapie das Feld der regenerativen Medizin erheblich voranbringen können. Eine rasant älter werdende Bevölkerung macht solche Fortschritte im Bereich regenerativer Interventionen erforderlich, damit das Leben der Bürger verbessert und die Gesundheitskosten reduziert werden können.
Schlüsselbegriffe
Regenerative Medizin, Gerüst, SKELGEN, Knochen, Computermodellierung
