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Schweizerischer Nationalfonds / Fonds national suisse

Nationalfonds: Biologische Ersatzteile für den menschlichen Körper

Riehen (ots)

Die Herstellung von biologischen Ersatzteilen ist
eines der Ziele des Nationalen Forschungsprogramms 46 "Implantate,
Transplantate". Ausserhalb des Körpers gezüchtetes Gewebe soll bei
der Behandlung von Verletzungen oder Abnutzungserscheinungen
eingesetzt werden. Auf einer Tagung in Bern wurden Ergebnisse
präsentiert.
Vor allem in zwei Bereichen setzen Mediziner auf Tissue
Engineering: Beim Ersatz vom wichtigen Organteilen, wie Knorpel und
beim Ersatz von Nervenzellen. Die Fortschritte, die in den letzten
Jahren von Wissenschaftern auf diesen Gebieten gemacht wurden, sind
gross. Besonders auf dem Feld der Entwicklung von biologischen
Herzklappen kamen die Forscher voran. Sie schafften es, in einem
Bioreaktor biologische Herzklappen herzustellen, die sich vor allem
für den Einsatz bei herzkranken Kindern eignen. Andere
Forschungsprogramme im Rahmen des NFP 46 haben sich mit der
Rekonstruktion der Luftröhre oder von Gewebe im Harnbereich
beschäftigt. Besonders gross sind die Fortschritte allerdings auf dem
Gebiet der künstlichen Nerven.
In einem vom NFP 46 unterstützten Projekt hat Charles Dumont von
der Universität Zürich versucht, die Lücke in einem zertrennten
Nerven zu schliessen. Er und sein Team  entfernen aus einer
Nervenfaser alles, was eine Immunreaktion im Körper auslösen könnte.
Übrig bleibt nur noch ein Gerüst aus Matrix-Proteinen der Nerven, das
allerdings genügt, um das Zusammenwachsen von zwei auseinander
liegenden Nervenendigungen zu ermöglichen. Das konnten die Forscher
in Experimenten im Labor zeigen. Dort wuchsen Nervenzellen entlang
des Gerüsts und schlossen so die Lücke. Während der
Forschungsarbeiten mussten die Wissenschafter eine ganze Reihe
schwieriger Probleme lösen, die sich um die Frage der
Abstossungsreaktion drehten. Jetzt sind sie der praktischen Anwendung
ihrer Methode ein ganzes Stück näher gekommen.
Neuer Knorpel für die Knie
Abnutzungserscheinungen in den Gelenken sind häufig. Durch zu viel
Bewegung wird zum Beispiel das Kniegelenk in Mitleidenschaft gezogen.
Der Gelenkknorpel muss dann ersetzt werden. Die Arbeitsgruppe von
Pierre Mainil-Varlet von der Universität Bern und Ivan Martin von der
Universität Basel versuchen Knorpelgewebe ausserhalb des Körpers zu
züchten. Es soll später einmal als Ersatz für abgenutzten Knorpel in
Gelenken zur Verfügung stehen. Obwohl die Transplantation von
Knorpelgewebe schon seit mehr als vierzig Jahren möglich ist -
allerdings nur von eigenem Knorpel - sind die Schwierigkeiten gross,
die im Rahmen dieses NFP 46  Projektes zu überwinden waren.
Problematisch ist zum Beispiel die Auswahl der für die
Gewebekultur geeigneten knorpelbildenden Zellen, der Chondrozyten. Je
nachdem von welchen Patienten diese Knorpelzellen stammen, eignen sie
sich unterschiedlich gut zur Zucht im Labor. Nur aus zehn Prozent der
Zell-Linien liessen sich verschiedene Zellen, die der Knochenbildung
dienen, züchten.
Grosse Fortschritte haben die Wissenschafter-Teams bei der Zucht
des Knorpels ausserhalb des Körpers bereits gemacht: In der
Zellkultur lassen sie künstliches Gewebe auf einem Proteingerüst
wachsen. Die Zellen brauchen eine Struktur, an der sie haften und
dann wachsen können. Weil der Gelenkknorpel relativ dick ist, genügt
es nicht, ein einschichtiges Gewebe zu züchten: Es muss sowohl in die
Höhe, wie auch in die Breite wachsen können.
Neue Herzklappen für kranke Kinder
Erkrankungen des Herz-Kreislaufsystems gehören in den westlichen
Industrienationen zu den häufigsten Todesursachen. Bei vielen
Patienten ist das Herz so geschädigt, dass sie dringend ein neues
Organ brauchen, um zu überleben. Es herrscht ein absoluter
Organmangel. Doch nicht nur ganze Organe fehlen, auch an
"Ersatzteilen", wie zum Beispiel Herzklappen, herrscht Mangel. Eine
Methode wie Herzklappen in Bioreaktoren gezüchtet werden können,
entwickeln Gregor Zünd und Simon P. Hoerstrup vom Universitätsspital
Zürich in ihrem NFP 46 Projekt. Vor allem Kinder könnten von ihren
Ergebnissen profitieren.
Für Patienten, bei denen die Funktion der Herzklappen in
Mitleidenschaft gezogen ist, gehören mechanische Klappen, die
anstelle einer defekten Klappe ins Herz eingepflanzt wurden, seit
längerem zum medizinischen Standard. Auch auf biologische Modelle
greifen Ärzte zur Behandlung ihrer Patienten zurück: So können
Herzklappen von Schweinen erfolgreich ihre Aufgabe auch im Menschen
übernehmen. Physiologisch sind sich Mensch und Schwein recht ähnlich;
das Leistungsvermögen der Herzklappen vergleichbar. Damit sie vom
Immunsystem nicht abgestossen werden, müssen sie von allen Zellen
gereinigt werden, bis lediglich das Knorpelgerüst der Herzklappe zur
Implantation übrig bleibt.
Herzklappen müssen mitwachsen können
Der Herzklappen-Ersatz, der der Medizin heute zu Verfügung steht,
hat einige gravierende Nachteile.  Patienten, bei denen eine
mechanische Herzklappe aus Metall oder Kunststoff eingepflanzt wurde,
müssen ihr Leben lang Medikamente nehmen, die das Blut verdünnen. Sie
haben dadurch ein viel höheres Risiko, tödliche Blutungen zu
erleiden. Auch die Gefahr von Infektionen steigt an. Für Kinder, die
auf neue Herzklappen angewiesen sind, sind die künstlichen Klappen
wenig geeignet. Weil sie nicht mitwachsen können, müssen sie häufig
ersetzt werden. Zusätzlich ist eine solche Operation immer mit einem
hohen Risiko verbunden. Biologische Herzklappen aus Schweinen sind
für Kinder ebenfalls nicht geeignet. Weil Kinder einen im Vergleich
zu Erwachsenen erhöhten Kalzium-Stoffwechsel besitzen, "verkalken"
die Herzklappen sehr schnell und degenerieren. Sie werden zudem vom
kindlichen Immunsystem stark attackiert und sind deshalb nur für eine
geringe Zeit einsatzfähig. Auch bei Erwachsenen ist die Lebensdauer
der biologischen Klappen beschränkt. Nach etwa sieben bis zehn Jahren
müssen sie ersetzt werden.
Der Bedarf für eine Herzklappe, die vom Körper nicht abgestossen
wird, keine Blutverdünnung erfordert und nicht degeneriert, ist sehr
gross. Eine künstliche Herzklappe, die bei Kindern mitwächst ist
ideal. Das Ziel von Zünd und Hoerstrup: Einen vollwertigen
Herzklappen-Ersatz mit Hilfe des "Tissue Engineering" zu entwickeln.
Die Forschung, die sie und ein Team von  Mitarbeitern verfolgen,
zeigen vielversprechende Resultate. Die Zürcher Forscher haben es
geschafft, Zellen auf einem Gerüst so wachsen zu lassen, dass sie
eine Herzklappe bilden. Die ersten Erfolge sind überaus positiv. Die
Zürcher Mediziner konnten Herzklappen in die Herzen von Schafen
einpflanzen, die dann über einige Zeit mit ihnen überlebten.

Kontakt:

Dr. M.E. Hauck
Umsetzungsbeauftragter NFP "Implantate und Transplantate"
Rainallee 37
4125 Riehen
Tel.: +41/61/603'91'08
Fax: +41/61/603'91'09
E-Mail: implementation@nfp46.ch

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