Wenn der Knorpel im Knie verschleißt, kennt die Medizin bisher keinen Weg zurück, am Ende steht für viele Betroffene der Gelenkersatz. Eine Studie der Stanford Medicine stellt dieses Dogma nun infrage. Eine Injektion, die das Alterungsenzym 15-PGDH blockiert, ließ bei alten Mäusen verloren geglaubten Gelenkknorpel vollständig nachwachsen. Selbst stark geschädigtes menschliches Knorpelgewebe aus Knieoperationen begann unter der Behandlung, neues Gewebe zu bilden. Ein verwandter Wirkstoff wird bereits klinisch erprobt.
Arthrose gehört zu den häufigsten chronischen Erkrankungen überhaupt und betrifft weltweit hunderte Millionen Menschen. Bei der Gelenkerkrankung baut sich der schützende Knorpel zwischen den Knochen nach und nach ab, bis im fortgeschrittenen Stadium Knochen auf Knochen reibt und jede Bewegung schmerzt. Das Grundproblem ist die extrem geringe Regenerationsfähigkeit des Gewebes, denn Knorpel ist nicht durchblutet und kann Schäden aus eigener Kraft kaum reparieren. Sämtliche zugelassenen Therapien lindern deshalb nur Symptome, etwa mit Schmerzmitteln, Physiotherapie oder Hyaluronsäure, aufhalten oder gar umkehren können sie den Verschleiß nicht. Allein in den Vereinigten Staaten werden deshalb pro Jahr mehr als 700.000 künstliche Kniegelenke eingesetzt, ein Eingriff mit langer Rehabilitation und begrenzter Haltbarkeit der Prothese, der für viele Patienten dennoch der letzte Ausweg bleibt.
Ein Team der Stanford Medicine um die Stammzellforscherin Helen Blau und die Orthopädin Nidhi Bhutani hat nun einen grundlegend anderen Ansatz verfolgt. Im Zentrum steht das Enzym 15-Hydroxy-Prostaglandin-Dehydrogenase, kurz 15-PGDH, dessen Konzentration im Knorpel mit dem Alter etwa auf das Doppelte ansteigt. Das Enzym baut den Botenstoff Prostaglandin E2 ab, der in vielen Geweben Reparaturprozesse anstößt, und wirkt damit wie eine Bremse für die körpereigene Regeneration. Frühere Arbeiten hatten bereits gezeigt, dass eine Hemmung von 15-PGDH die Erneuerung von Muskel-, Nerven- und Knochenzellen fördert. Die Forscher wollten deshalb wissen, ob dieselbe Bremse auch im alternden Kniegelenk wirkt und ob sich der Knorpelabbau durch ihre gezielte Blockade womöglich sogar rückgängig machen lässt.
Für die im Fachjournal Science publizierte Studie behandelten die Wissenschaftler alte Mäuse mit einem kleinen Molekül, das 15-PGDH hemmt, teils über Injektionen in den Bauchraum, teils direkt ins Kniegelenk. In beiden Fällen verdickte sich der altersbedingt ausgedünnte Knorpel wieder über die gesamte Gelenkfläche. Entscheidend ist dabei die Qualität des neuen Gewebes, denn Analysen belegten, dass es sich um belastbaren hyalinen Knorpel handelte und nicht um minderwertigen Faserknorpel, wie ihn bisherige Reparaturverfahren oft erzeugen. In einem zweiten Versuch mit Mäusen, deren Knieverletzungen einem Kreuzbandriss ähnelten, verhinderte die Behandlung in rund der Hälfte der Fälle die Entstehung einer Arthrose. Die Regeneration lief dabei über einen unerwarteten Mechanismus, denn nicht Stammzellen bauten das Gewebe auf, sondern vorhandene Knorpelzellen kehrten in einen jugendlicheren Aktivitätszustand zurück.
Besonders bedeutsam ist der Befund an menschlichem Material. Die Forscher behandelten Knorpelproben von Patienten, deren Gelenke wegen schwerer Arthrose durch Prothesen ersetzt werden mussten, also bereits hochgradig zerstörtes Gewebe. Nach einer Woche zeigten die Proben weniger knorpelabbauende Zellen, eine geringere Aktivität schädlicher Gene und erste Anzeichen neu entstehenden Gelenkknorpels. Wie die Stanford Medicine in ihrer Mitteilung betont, wird eine Tablettenform eines 15-PGDH-Hemmers bereits in klinischen Studien gegen altersbedingte Muskelschwäche getestet und erwies sich dort als sicher. Eine Studie zur Knorpelregeneration am Menschen soll folgen, bis zu einer zugelassenen Therapie dürften allerdings noch Jahre vergehen. Der Ansatz reiht sich in eine wachsende Forschungsrichtung ein, zu der auch ein Biomaterial gehört, das Knorpel in Gelenken nachwachsen lässt. Für Millionen Arthrosepatienten wäre ein Medikament, das den Verschleiß umkehrt, ein historischer Durchbruch, der Operationen wie den Einsatz von Knieprothesen in vielen Fällen überflüssig machen könnte.
Science, Inhibition of 15-hydroxy prostaglandin dehydrogenase promotes cartilage regeneration; doi:10.1126/science.adx6649