Robert Klatt
Knorpelschäden lassen sich bisher schlecht behandeln. Ein neues Biomaterial lässt Knorpel innerhalb weniger Monate nachwachsen. In Zukunft könnte das Medikament Menschen mit Arthrose oder Sportverletzungen helfen.
Evanston (U.S.A.). Im Körper des Menschen übernimmt Knorpel unterschiedliche Funktionen. Das flexible Gewebe bildet drei Knorpelarten mit spezifischen Strukturen, nämlich den hyalinen Knorpel, der die Oberfläche von Gelenken bildet, den Faserknorpel, aus dem die Bandscheiben bestehen und den elastischen Knorpel, aus dem unter anderem die menschlichen Ohren bestehen.
Chronische Erkrankungen, Verletzungen und das zunehmende Alter sorgen dafür, dass das Knorpelgewebe in den Gelenken zunehmend abgebaut wird. Es kann dadurch zu entzündliche Gelenkerkrankungen wie Arthrose kommen, die bisher meistens per operativer Mikrofrakturierung behandelt werden. Bei dieser Operation wird der beschädigte Knorpel entfernt. Anschließend werden in den Knochen winzige Löcher gebohrt, damit Blut, Stammzellen und Wachstumsfaktoren den Bereichen erreichen können, um das Knorpelwachstum anzuregen. Bei vielen Patienten bildet sich dabei jedoch Faserknorpel, der den hohen Druckbelastungen in Gelenken deutlich schlechter standhalten kann als hyaliner Knorpel.
Wissenschaftler der Northwestern University um Samuel Stupp haben deshalb ein Biomaterial entwickelt, das hyalinen Knorpel in Gelenken nachwachsen lässt. Das Material besteht aus chemisch modifizierter Hyaluronsäure, einem Bestandteil des menschlichen Knorpelgewebes und einem bioaktiven Polymer.
„Unsere neue Therapie kann die Reparatur eines Gewebes herbeiführen, das sich nicht auf natürliche Weise regeneriert.“
Laut der Publikation im Fachmagazin PNAS bildet das Biomaterial im Gelenk des Patienten Nanofasern, die der natürlichen Struktur von hyalinen Knorpel ähneln. Anschließend lagern sich auf dem Gerüst Zellen an, die das Knorpelgewebe regenerieren. Um den Prozess zu beschleunigen ist an die Nanofasern zudem der Wachstumsfaktor Transforming growth factor-beta1 (TGF-b1), der essenziell für das Wachstum und die Regeneration von Knorpel ist.
Um das neue Biomaterial zu erproben, haben die Forscher Experimente mit Schafen durchgeführt, deren Knorpel im Kniegelenk beschädigt war. Der Knorpel regeneriert, ähnlich wie beim Menschen, normalerweise kaum und hat hinsichtlich der Gewichtsbelastung, mechanischen Belastung und Größe große Ähnlichkeiten zu menschlichen Gelenken.
Bei den behandelten Schafen hat das bioaktive Material innerhalb von sechs Monaten zu einem deutlichen Knorpelwachstum und einer Heilung des beschädigten Gelenks geführt. Die Effekte waren deutlich größer als bei den Tieren, die lediglich den Wachstumsfaktor TGF-b1 erhalten haben.
Die Wissenschaftler halten es für wahrscheinlich, dass das Biomaterial zu einem Medikament weiterentwickelt werden kann, das Menschen mit Arthrose oder Sportverletzungen hilft. In Zukunft könnten so große Operationen vermieden werden.
„Durch die Regeneration von hyalinem Knorpel sollte unser Ansatz widerstandsfähiger gegen Verschleiß sein und das Problem der eingeschränkten Beweglichkeit und der Gelenkschmerzen langfristig lösen.“
PNAS, doi: 10.1073/pnas.2405454121
