Gentransport durch Kollagen beschleunigt Knochenwachstum

Iowa City (USA) - Eine Neubildung von Knochengewebe lässt sich durch bestimmte Proteine anregen. Diese Wachstumsfaktoren können für therapeutische Zwecke direkt verabreicht werden - oder aber indirekt über eine Gentherapie. Jetzt haben amerikanische Mediziner eine spezielle Form der Gentherapie entwickelt, bei der direkt im Körper Knochenstücke von vorher festgelegter Größe und Gestalt entstehen. Dazu verpflanzten sie Ratten eine entsprechend vorgeformte Gerüstsubstanz aus Kollagen, die mit DNA beladen war. Diese DNA enthielt Gene für einen Wachstumsfaktor. In das Implantat wanderten knochenbildende Zellen ein, die die DNA aufnahmen und den Wachstumsfaktor produzierten. Dadurch beschleunigte sich die Bildung von neuem Knochengewebe um ein Vielfaches. Das Verfahren könnte unter anderem eingesetzt werden, um implantierte Zähne besser im Kieferknochen zu verankern, schreiben die Forscher im Fachblatt „Biomaterials“.

„Wir können eine Gerüstsubstanz in der tatsächlich benötigten Form und Größe herstellen, so dass sich daraus ein entsprechendes Stück Knochengewebe entwickelt“, sagt Satheesh Elangovan von der University of Iowa. Bisherige Verfahren zur Anregung des Knochenwachstums beruhen entweder darauf, stimulierende Proteine durch wiederholte Injektionen direkt zu verabreichen. Oder man injiziert knochenbildende Zellen, die zuvor im Labor mit einem zusätzlichen Gen ausgestattet worden waren, das die Freisetzung eines Wachstumsfaktors steuert. Durch die neue Methode, so die Forscher, lässt sich derselbe Effekt effektiver und kostengünstiger erzielen.

Sie erzeugten zunächst ringförmige DNA-Moleküle, sogenannte Plasmide, die ein Gen mit der Information zur Produktion des Wachstumsfaktors PDGF-B trugen. Vermischt mit dem Polymer Polyethylenimin, bildeten sich stabile, etwa hundert Nanometer große Partikel. Das schützte die DNA vor einer Spaltung durch Enzyme und erleichterte das Eindringen in die Zellen. Versuche mit Laborkulturen zeigten, dass diese Partikel schnell von menschlichen Knochenzellen aufgenommen werden und sie zur Bildung des Wachstumsfaktors anregen, ohne die Zellen zu schädigen. Schließlich lagerten die Forscher die Partikel in einer aus Kollagen bestehenden Gerüstsubstanz ab, die sie in Stücke von zwei Millimetern Dicke und einem Durchmesser von fünf Millimetern geschnitten hatten. Diese verpflanzten sie jeweils in zuvor erzeugte, ebenso große Lücken im Schädelknochen von Ratten.

Benachbarte Knochenzellen, die in das Kollagen einwanderten, nahmen die Plasmidpartikel auf, blieben dort haften und setzten den Wachstumsfaktor PDGF-B frei. Das lockte weitere Zellen an und beschleunigte deren Teilungsaktivität. Vier Wochen später hatte sich 44-mal so viel neues Gewebe gebildet wie mit Kollagenstücken ohne Plasmidzusatz entstanden wäre. Schädliche Nebenwirkungen traten nicht auf. Die Forscher wollen ihre Methode bei Patienten einsetzen, deren Kieferknochengewebe im Zahnbereich nicht für ein Zahnimplantat ausreicht. Zunächst müssen aber die Ergebnisse klinischer Studien abgewartet werden.