Knorpelschäden mit 3D-Druck und Gentherapeutika entgegenwirken
Das Knorpelgewebe, das die Oberfläche unserer Synovia-Gelenke in Knöcheln, Ellenbogen, Hüften und Knien auskleidet, wird mit zunehmendem Alter dünner. Im Gegensatz zu Knochen kann Knorpel sich nicht selbst reparieren. „Eine wichtige Erscheinung im Alter ist das Auftreten von Osteoarthritis“, sagt Fergal O’Brien, Projektkoordinator von ReCaP, der am Royal College of Surgeons in Irland tätig ist. „Mittels Chirurgie wird womöglich versucht, die Dinge zu bereinigen, aber im Endergebnis steht oft ein Hüft- oder Kniegelenkersatz.“
Neue Ansätze für die Behandlung von Knorpelschäden
Das Ziel des vom Europäischen Forschungsrat unterstützten Projekts ReCaP lautete, neue Ansätze zur Behandlung von Knorpelschäden zu entwickeln. Es baut auf früheren Arbeiten zur Entwicklung von Biowerkstoffen auf, die die Regeneration von Knorpelgewebe fördern. „Wir haben einen Biowerkstoff hergestellt, der die Struktur des natürlichen Knorpels nachahmt“, fügt O’Brien hinzu. „Dazu haben wir Kollagen, ein Protein, das in vielen Geweben vorkommt, mit anderen Substanzen kombiniert, die ebenfalls im Knorpel zu finden sind. Wenn der Biowerkstoff in kleine Knorpeldefekte implantiert wird, wirkt er wie ein Schwamm, der die Zellen aufsaugt und sie dazu bringt, das beschädigte Gewebe zu reparieren.“ Diese Lösung mag zwar bei kleineren Defekten funktionieren, hat sich aber als unzureichend erwiesen, um größere Knorpelschäden zu beheben. Hier kommt ReCaP ins Spiel. „In diesem Projekt haben wir das Gerüst durch 3D-Druck eines mechanisch stabilen synthetischen Polymers optimiert“, erklärt O’Brien. „Dieses wurde dann mit einem weicheren natürlichen Polymer imprägniert, wodurch das Gerüst seine biologische Funktionalität beibehält.“ Das Projektteam wandte dann Gentherapeutika an. Die Nanopartikel werden von den Zellen aufgenommen, um dann bestimmte Gene an- oder auszuschalten. „So werden beispielsweise Gene, die zur Bildung einer neuen Knorpelmatrix beitragen können, eingeschaltet, während Gene, die mit Entzündungen in Verbindung stehen, ausgeschaltet werden“, bemerkt O’Brien.
Biowerkstoff für die Gewebereparatur
Projektintern wurde erfolgreich ein Biowerkstoff für die Gewebereparatur entwickelt, der ein Gentherapeutikum enthält. Er wurde an Tieren wie Ziegen getestet, und ein Bericht über die Ergebnisse wird derzeit geprüft. Einige Aspekte dieser Technologie sind Gegenstand eines Antrags zum Schutz des damit verbundenen geistigen Eigentums. „Wir haben uns vor kurzem weitere Finanzmittel gesichert, mit denen wir das kommerzielle Potenzial der Plattform erforschen können“, so O’Brien. „Wir hatten das große Glück, bei diesem Projekt vom Europäischen Forschungsrat unterstützt zu werden, der sich sehr auf riskante, aber potenziell gewinnbringende Forschung konzentriert.“ Zu den möglichen Optionen, die geprüft werden, gehören die Partnerschaft mit einem multinationalen Konzern oder eine Ausgründung.
Rückenmarksverletzungen im Frühstadium behandeln
O’Brien und sein Team prüfen derzeit auch die Anwendung ihrer Erkenntnisse auf andere Gewebe. Wenn wir in der Lage sind, zum Beispiel Rückenmarksverletzungen im Frühstadium zu behandeln, könnte dies einen enormen Einfluss auf das Leben der Menschen haben. „Unsere Idee lautet, unserem 3D-gedruckten Werkstoff ein elektrisch aktives Element hinzuzufügen und alternative Gentherapeutika bereitzustellen“, kommentiert er. „Dieser Werkstoff würde das Gentherapeutikum beinhalten, um bestimmte Zellen ein- und auszuschalten, aber auch eine elektrische Stimulation tragen, was ein ganz neues Paradigma möglicher Anwendungen eröffnet.“ Der Irish Rugby Football Union Charitable Trust und das AMBER Centre finanzieren diese Forschung, und einige verletzte ehemalige Spieler arbeiten mit O’Brien und seinem Team daran. Weltweit wird immer größeres Interesse von Sportverbänden deutlich. „Ein Spieler schreibt ein Buch über seine Erfahrungen mit der Verletzung und der Beteiligung an dieser Forschung“, so O’Brien.
Schlüsselbegriffe
ReCaP, Knorpel, 3D-Druck, Gentherapeutika, Implantate, Entzündung, Osteoarthritis