Bioaktive Implantate zur Bekämpfung von Gelenkverschleiß
Knie sind komplexe Gelenke, die für zahlreiche Verletzungen anfällig sind. Osteochondrale Schädigungen, also Verletzungen des Gelenkknorpels und des darunterliegenden Knochens, sind besonders besorgniserregend. Viele dieser Schädigungen treten bei älteren aktiven Menschen durch langsamen Knorpelverschleiß auf. Ähnlich wie die Osteoarthritis kann dieser sich ausbreiten, wenn er nicht behandelt wird. „In den ersten Stadien erfolgt die Behandlung meist mit Proteinzufuhr, entzündungshemmenden Medikamenten und Injektionen mit Hyaluronsäure in das Gelenk“, erklärt die Projektkoordinatorin von iP-OSTEO, Eva Filova vom Institut für experimentelle Medizin an der Akademie der Wissenschaften der Tschechischen Republik. Derzeit umfassen die chirurgischen Behandlungen verschiedene Transplantations- und Implantationsverfahren. Scheitern diese Ansätze, bleibt ein vollständiger Gelenkersatz – ein teurer und höchst invasiver Eingriff – die letzte Möglichkeit.
Bioaktive Substanzen zur Unterstützung der Knorpelregeneration
Um dieses Szenario zu umgehen, suchen Forschende nach Möglichkeiten, die Zellregeneration zu fördern und das Fortschreiten von Osteoarthritis mit zellfreien biologischen Werkstoffen aufzuhalten. Mit bioaktiven Substanzen könnte der vollständige Gelenkersatz verhindert oder deutlich hinausgezögert werden. Das Projekt iP-OSTEO wurde über die Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahme unterstützt, um Durchbrüche in diesem Forschungsgebiet zu erreichen. „Zu den Hauptzielen gehörten biologisch abbaubare Gerüste mit bioaktiven Substanzen, die zur Knorpel- und Knochengewebebildung beitragen“, erklärt Filova. „Dabei werden pluripotente Stammzellen (iPS-Zellen) und/oder mesenchymale Stammzellen (MSC) induziert.“ iPS-Zellen werden durch Umprogrammierung tierischer oder menschlicher differenzierter Zellen hergestellt. Diese Zellen können im Körper verschiedene Formen annehmen und jede der über 200 Zelltypen nachbilden. Genauso können sich MSC in verschiedene Zelltypen auftrennen, darunter Zellen in Knochen und Knorpel. Das Team wollte Tests dieser Gerüste in vitro und im vorklinischen Stadium voranbringen und Möglichkeiten finden, die Entwicklung für den klinischen Ansatz auszubauen.
Kompositersatz zur Behandlung von Knochendefekten
Das Team hat SmartBonePep weiterentwickelt, ein neues Knochenersatzmaterial aus Verbundwerkstoffen zur Regeneration von Knochendefekten. Die SmartBonePep-Gerüste sind biologisch abbaubar und enthalten bioaktive Moleküle, die MSC dazu anregen, Knochenmatrizen zu produzieren. „SmartBonePep hat mögliche Anwendungen in klinischen Umgebungen, es stehen jedoch noch weitere Entwicklung und behördliche Genehmigungen aus“, so Filova. Außerdem wurde eine 3D-gedruckte Kammer für einen Bioreaktor für dynamische Zellkulturen auf Gerüsten geschaffen. Diese soll weiter ausgereift und kommerzialisiert werden. „Wir konnten zellfreie nanofaserige Verbundgerüste erstellen, die bei Kaninchen die osteochondrale Regeneration anregen“, ergänzt sie. „Wir haben verschiedene 3D-Gerüste auf der Basis von Hydrogelen oder Schaumstoffen mit bioaktiven Zusätzen getestet.“
Kontrollierte Freisetzung bioaktiver Verbindungen
Die Hoffnung ist, dass durch diese Pionierforschung zur kontrollierten Freisetzung bioaktiver Verbindungen mit Gerüsten neue Behandlungswege aufkommen und die Notwendigkeit von Gelenkersatz geringer wird. Zu den nächsten Schritten gehören vorklinische und klinische Versuche mit dem SmartBonePep-Gerüst, um die Wirksamkeit an Tieren und Menschen zu testen. Ein weiteres wichtiges Element im Projekt war die umfassende Vernetzung, Weiterbildung und Entsendung von Nachwuchsforschenden. Insgesamt fanden 200 Austauschvorhaben statt, um Interessengruppen aus Wissenschaft und Forschung in ganz Europa einzubinden. Dabei nahmen sieben Unternehmen und sieben akademische Einrichtungen teil. Diese neue Generation an Forschenden wird diese wichtige Arbeit fortführen und den Umgang und die Behandlung von Knorpel- und Knochenschäden verändern, um das Leben Betroffener zu verbessern.
Schlüsselbegriffe
iP-OSTEO, Knorpel, Knochen, bioaktiv, Implantate, Osteoarthritis, Knie
