07. Knochenzellen aus dem Labor

29. September 2010, 00:35

Damit Knochenzellen erfolgreich gezüchtet werden können, brauchen sie ein dreidimensionales Gerüst, welches der extrazellulären Matrix menschlicher Gewebe entspricht. Diese Gerüste ("Scaffolds") bestehen aus biologischen Materialien und werden nach der Implantation vom Körper resorbiert. Zurück bleibt das mittels Tissue Engineerings generierte Gewebe. Bei der Entwicklung biologisch abbaubarer Trägermaterialien ist es wichtig, dass deren Degradations- und Resorptionskinetik auf das zu regenerierende Gewebe abgestimmt wird.

Besonderheit des Trägergerüsts
Bei der Züchtung von Knochenzellen haben sich Trägergerüste bewährt, die aus langsam resorbierenden Biomaterialien bestehen. Diese sollten mindestens ein halbes Jahr ihre mechanischen Eigenschaften behalten, damit die gesteuerte Knochenregeneration gewährleistet ist.

Klinische Anwendungsgebiete
In der Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie werden höchst unterschiedliche Knochendefekte behandelt. Dort werden sowohl Personen mit Kieferknochenschäden z. B. nachdem ein Zahn gezogen wurde, als auch Patienten, bei denen durch einen Tumor oder nach einem Unfall Gesichtsknochen stark beschädigt wurden.

Diese Defekte, die routinemäßig z. B. mit gemahlenen Knochenspänen aufgefüllt werden, stellen ein optimales Einsatzgebiet für mittels Tissue Engineering hergestellte Transplantate dar.

Kombination mehrerer Materialien
Kultivierte Osteoplasten (Knochen bildende Zellen) aus autolgen Zellen können mit verschiedenen Materialien kombiniert werden, wie z. B. mit unterschiedlichen Kollagenen.

Eingebracht wird ein Kollagenschwamm, der mit autologen Osteoblasten besiedelt wird. Untersuchungen haben ergeben, dass sich mit dieser Methode (im Gegensatz zu Behandlungen mit reinem Kollagenschamm - also ohne Osteoplasten) die Knochen schneller erneuerten.

Aufbau des Kiefers
Wenn Ober- oder Unterkieferknochen nicht mehr genügend Masse für das sichere Verankern künstlicher Zahnwurzeln besitzen, ist die Augmentation - das Vermehren oder der Neuaufbau des Knochens - eine Option. Dabei gibt es verschiedene Methoden, die aber nicht alle ausreichend erprobt sind, wie z. B.:

• Die Regeneration geschrumpfter Knochen wird mit so genannten Barrieremembranen gesteuert. Diese schotten den Knochen gegenüber dem raschen Einwachsen von nicht knöchernem Gewebe ab, so dass sich das langsam vermehrende Knochengewebe regenerieren kann.
• Fehlende Masse kann auch durch Knochenstücke aus anderen Körperteilen des Patienten - etwa aus dem Beckenkamm - ersetzen ("autologe Transplantation") werden.
• Schwachstellen können mit Ersatzmaterialien wie z. B. mit Mineralsubstanz aus Rinderknochen oder Keramik-Werkstoffen ersetzt werden.

Forschungsergebnisse aus Wien
Sendungsgast Univ.-Prof. DDr. Rolf Ewers und sein Team entwickelten ein neues Knochenaufbaumaterial. Es wird aus Meeresalgen gewonnen. Bei dieser Methode nützt man die mikroskopische Feinstruktur der Meeresalge. Denn sie ist der eines menschlichen Zahnes ähnlich.

In den feinen Kanälen der Meeresalge bilden die Osteoplasten Knochen. Das Knochenaufbaumaterial wird nach zwei bis drei Jahren bis zu 95 Prozent abgebaut. Zurück bleibt der Knochen.