Druck veredelt Zuchtknorpel

Mittwoch, 4. Juni 2008, 19:36 • Rubrik Medizin, Technik.

Knorpelzellen müssen Druck verspüren, um voll und ganz in ihre Rolle zu finden. Entsprechende Resultate präsentieren amerikanische Bioingenieure im Fachblatt “PLoS One”. Setzten sie Kulturen von Knorpelzellen regelmäßig hohen Drücken aus, stieg die Belastbarkeit des daraus erwachsenden Zuchtknorpels stark an.

Ein angefärbter mikroskopischer Schnitt zeigt, dass die Zellen in den Knorpelscheibchen unter anderem reichlich Kollagen (rot) produziert haben. Bild: Elder BD, Athanasiou KA (2008), PLoS One

Gemessen an seiner Nachgiebigkeit und seiner elastischen Verformung unter Belastung, kommt der Zuchtknorpel nahe an das natürliche Vorbild heran, berichten Ben Elder und Kyriocos Athanasiou von der Rice University in Houston. Ihrer Ansicht nach stellt die Druckmethode einen vielversprechenden Ansatz auf dem Weg zur Reparatur geschädigter Knie und anderer Gelenke dar.

Knorpel ist in seiner Funktion als Stoßdämpfer zwischen den Knochen immer wieder Drücken von bis zu 18 Megapascal ausgesetzt – entsprechend dem 180-Fachen des Atmosphärendrucks. Ist er einmal beschädigt, kann er sich allerdings nur schlecht regenerieren, da er kaum von Blutgefäßen durchzogen ist. Umso intensiver wird an Methoden geforscht, Ersatzknorpel im Labor zu züchten.

Elder und Athanasiou führten ihre Versuche mit Knorpelzellen durch, die sie aus dem Knie eines Kalbs gewonnen hatten. Aus diesen Chondrozyten zogen sie binnen 10 Tagen dünne Knorpelscheibchen heran, die sie für 4 weitere Tage in mit Nährlösung gefüllte Plastikbeutel gaben. Beutel samt Scheibchen wurden einmal täglich in einen druckfesten Tank gegeben und darin 1 Stunde lang einem Druck von 10 Megapascal ausgesetzt.

Lohn der Mühe waren Knorpelscheiben, deren Aggregat- und Elastizitätsmodul – zwei Kennzahlen der Belastbarkeit – rund 100 Prozent höher lagen als bei Scheiben, die keine Druckbehandlung erfahren hatten. Hatte die Nährlösung zudem den Wachstumsfaktor TGF-beta1 enthalten, stiegen die Werte sogar um 160 bzw. 230 Prozent auf 248 bzw. 2.048 Kilopascal.

Wie der Effekt zustande komme, sei noch unklar, so Athanasiou. Und bis zu ersten klinischen Tests der Druckmethode werde es wohl noch einige Jahre dauern. Sollte sich die Technik bewähren, könnte ihr Potenzial allerdings immens sein. Hoher Druck gehöre nämlich für viele Gewebe im menschlichen Körper zu den normalen Umgebungsbedingungen – beispielsweise in Knochen, Blutgefäßen, Herzklappen, Nieren und Harnblase.

Forschung: Benjamin D. Elder und Kyriacos A. Athanasiou, Department of Bioengineering, Rice University, Houston, Texas

Veröffentlichung PLoS One, Vol. 3(6), e2341, DOI 10.1371/journal.pone.0002341

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Musculoskeletal Bioengineering Lab, Rice University
Knorpel
Knorpel aus dem Labor

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