Arthrose: Knorpelgewebe aus genetisch veränderten Stammzellen

Der Einsatz einer Gerüstsubstanz, die Gen-übertragende Viren enthält, sorgt für eine effiziente Umwandlung in Knorpelzellen
Künstlerische Darstellung von Stammzellen (grün) auf Fasern einer synthetischen Gerüstsubstanz (grau).
Künstlerische Darstellung von Stammzellen (grün) auf Fasern einer synthetischen Gerüstsubstanz (grau).
© Charles Gersbach and Farshid Guilak, Duke University
Durham (USA) - Das Ziel einer Arthrosetherapie besteht darin, zerstörtes Knorpelgewebe im Gelenk zu regenerieren. Dazu wird eine synthetisch hergestellte, biologisch abbaubare Gerüstsubstanz zunächst im Labor mit Stammzellen des Patienten beschichtet. Durch Zugabe spezieller Wachstumsfaktoren entstehen daraus Knorpelzellen. Diese bilden ein dreidimensionales Gewebe, das sich nach der Transplantation zu Gelenksknorpel entwickeln soll. Amerikanische Mediziner haben dieses Verfahren jetzt mit Hilfe gentechnischer Methoden wesentlich verbessert: Sie hefteten an die Gerüstsubstanz Viren, die das Gen für den benötigten Wachstumsfaktor auf die Stammzellen übertragen, so dass die Zellen den Wachstumsfaktor selbst produzieren und zu Knorpelzellen werden, berichten die Forscher im Fachjournal „Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS)”. Das so erzeugte Gewebe hatte biochemische und mechanische Eigenschaften, die denen des natürlichen Knorpelgewebes weitgehend entsprachen.

„Ein Hauptproblem beim Gewebeersatz durch Tissue Engineering ist die Versorgung der Stammzellen mit Wachstumsfaktoren nach der Transplantation”, sagt Farshid Guilak von der Duke University in Durham. Wachstumsfaktoren sind teuer und instabil und müssten wiederholt verabreicht werden. Daher entwickelte Guilak zusammen mit Charles Gersbach und Kollegen ein gentechnisches Verfahren, um die Zellen über einen längeren Zeitraum mit dem Wachstumsfaktor TGF-beta3 zu versorgen. Dazu statteten sie Lentiviren mit dem TGF-beta3-Gen aus und fixierten sie mittels einer Haftschicht aus Polylysin an eine Gerüstsubstanz. Dann gaben sie menschliche Stammzellen aus dem Knochenmark und ein geeignetes Nährmedium hinzu. Bei Kontakt mit den Zellen übertrugen die Viren das Gen für den Wachstumsfaktor mit hoher Effizienz. Etwa 82 Prozent der Stammzellen produzierten danach den Wachstumsfaktor, der ihre Umwandlung in Knorpelzellen bewirkte. Diese lagerten auch die für ein Knorpelgewebe typischen Substanzen zwischen den Zellen ab. Die sogenannte extrazelluläre Matrix besteht unter anderem aus Kollagen und ist für die druckelastischen Eigenschaften dieses Bindegewebes verantwortlich.

Nach einer Transplantation sollte so allmählich bei gleichzeitigem Abbau der Gerüstsubstanz neues, funktionsfähiges Knorpelgewebe entstehen. Das müssen weitere Experimente aber erst noch zeigen. „Die mit Viren beladene Gerüstsubstanz könnte in großen Mengen auf Vorrat hergestellt und bis zum Einsatz in den Kliniken gelagert werden”, sagt Gersbach. Diese Technik sei zudem, so die Forscher, nicht auf Knorpelgewebe beschränkt, sondern wäre auch auf die Geweberegeneration von Knochen, Bändern und Sehnen übertragbar.

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