Tissue Engineering in der Arthrose - ein regenerativer biotechnologischer Ansatz zur Behandlung der Gelenkdegeneration

Die Behandlung von Knorpeldefekten mittels autologer Knorpelzelltransplantation hat im letzten Jahrzehnt die Therapieansätze im Bereich des Bewegungsapparates revolutioniert und zu einem Paradigmenwechsel der therapeutischen Überlegungen von der Reparaturmedizin zur regenerativen Medizin geführt. Während die Zelltransplantation beim jüngeren Patienten mit umschriebenen Defekten bereits als State-of-the-Art-Methode angesehen werden kann, ist das für die Anwendung bei arthrotischen Gelenken mit komplexen degenerativen Gelenkveränderungen nicht der Fall. Im Gegenteil haben die Anwendungen in diesen überzogenen Indikationen zu Fehlschlägen geführt und den zellbasierten Methoden einige Kritik gebracht, da die Erfolgsraten von ca. 90% beim umschriebenen Knorpeldefekt auf unter 50% bei Arthrosen abgesunken waren. Andererseits ist die Arthrose aber eine echte Volkserkrankung und stellt eine große Herausforderung an die regenerative Medizin dar. Unter diesem Aspekt erscheint es sinnvoll, alle Anstrengungen zu unternehmen, dieses Problem mit einem systematischen Forschungsansatz anzugehen und verstärkt Forschungsprogramme in Richtung Arthrose zu lenken. Ziel dieses Projektes ist es, mit Hilfe biotechnologischer Verfahren auch bei großflächiger Gelenksdegeneration (Arthrose) eine Regeneration des originären Zustandes zu erreichen, anstatt mit nur begrenzt haltbaren Metall-Kunststoffprothesen das Gelenk zu ersetzen. Um dies zu erreichen, müssen die wichtigsten Faktoren für die Regeneration bereitgestellt werden: Zellen, Matrix und Regulatoren (wie z.B.: Wachstumsfaktoren). In einem bereits abgeschlossen Vorläuferprojekt („Tissue Engineering in der Arthrose I“) wurde eine Wissensdatenbank zu diesem Thematik erstellt, die Rahmenbedingungen für das Erreichen obengenannten Zieles abgesteckt (Machbarkeitsstudie) sowie die gerätetechnischen Voraussetzungen für die wissenschaftliche Bearbeitung dieser Fragestellung geschaffen. Die Problematik ergibt sich aus der Tatsache, dass autologe Zellen, wie sie bei der klassischen Knorpelzelltransplantation verwendet werden, bei einem arthrotischen Gelenk nicht verwendbar sind, da sie nicht mehr ausreichend bioaktiv sind. Im Rahmen dieses Projektes sollen nun Kulturbedingungen erarbeitet und entwickelt werden, die es erlauben, Knorpelzellen aus degenerativ veränderten Gelenken erfolgreich zu vermehren und deren Eigenschaft zu erhalten, knorpelspezifische Substanzen zu produzieren (Kollagen II, Proteoglykane, usw.). Des Weiteren wird ein entsprechendes Biomaterial entwickelt, das den hohen biomechanischen Ansprüchen im degenerierten Gelenk gerecht wird. Da auf einer harten abgenützten Gelenkoberfläche kein Knorpel mehr anwächst, muss diese Knochenschicht entfernt werden und durch ein Kompositkonstrukt aus einem knöchernen und eine knorpeligem Teil („Biphasisches Implantat“) ersetzt werden. Weiters wird die Entwicklung einer geeigneten Implantationsmethode und Produktionslogistik verfolgt, sodass das Zielprodukt zumindest als ein auf biotechnologischen Methoden beruhender Gelenkteilersatz hergestellt werden kann. In der abschließenden Projektphase wird der klinische Einsatz der Methode am Tiermodell vorbereitet.