13. März 2011
Heilung aus dem Labor

Heilung aus dem Labor

Ganze Organe sollen zukünftig im Reagenzglas nachwachsen. „Tissue Engineering“ heißt diese neue Technik. Heilsbringer oder Humbug?

Labor
© iStockphoto
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Der Knorpel braucht jetzt eine Pause. Er steckt in einem sogenannten Bioreaktor am Institut für Technische Chemie der Universität Hannover. Dr. Cornelia Kasper hat ihn entwickelt und bereitet ihn in dem Gerät auf seine Arbeit im menschlichen Körper vor. „Die Zellen müssen schon jetzt so belastet werden, wie es ihrer natürlichen Aufgabe entspricht. Sonst würden sie sich gar nicht erst in die richtige Richtung entwickeln“, erklärt die Forscherin. „Züchten wir Blutgefäße, lassen wir sie von einer Pumpe ständig mit Nährlösung durchspülen, damit die Zellen sich auf diese Dauerbelastung einstellen. Knorpelgewebe wird von einer Maschine immer wieder vorsichtig zusammengedrückt.“ Aber es darf sich auch mal erholen. „Das ist wie beim Sport“, sagt Dr. Cornelia Kasper. „Der Körper passt sich ja einer wachsenden Belastung an, wenn Reize regelmäßig einwirken und zwischendurch Erholungsphasen kommen.“ Nein, das ist keine Szene aus einem Zukunftsroman.

Forscher können tatsächlich die Bauteile, aus denen wir bestehen, außerhalb des Körpers nachzüchten. „Tissue Engineering“ nennen sie das. Wörtlich übersetzt: Gewebe-Bau. Neben den USA führt Deutschland dieses Medizingebiet an, mehrere Institute arbeiten parallel an neuen Anwendungsmöglichkeiten. Allein in diesem Jahr erhalten sie dafür von der Deutschen Forschungsgemeinschaft in Bonn und dem Bundesforschungsministerium in Berlin rund 23 Millionen Euro.

Eine Menge Geld für einen ehrgeizigen Plan: Jede Art von Gewebe – Haut, Knochen, Nerven, Organe, Gefäße –, das durch eine Krankheit oder einen Unfall beschädigt wird, soll in Zukunft aus gesunden körpereigenen Zellen des Patienten im Labor nachgezüchtet werden. Weder kommen ethisch umstrittene embryonale Stammzellen zum Einsatz, noch muss länger auf ein Spenderorgan gewartet werden, das der Körper schlimmstenfalls wieder abstößt.

Jeder Patient könnte sich in Zukunft selbst Organe und Gewebe spenden

Die Methode: Der Arzt entnimmt einige gesunde Zellen, gibt sie in eine Nährlösung und fügt Wachstumsfaktoren hinzu – Eiweiße, die die Zellteilung beschleunigen. Dann noch Differenzierungsfaktoren, die den Zellen „sagen“, was sie werden sollen. Das Gewebe wächst, entwickelt sich, wird anschließend in das erkrankte Organ eingesetzt – und heilt es. Klingt simpel. Doch vieles davon steht bislang nur auf dem Papier. Seit Tissue Engineering, kurz TE, in den 1990er-Jahren aufkam, erwies sich die praktische Umsetzung doch als komplizierter, als viele Forscher gehofft hatten. Und längst nicht jede Zelle eignet sich dafür gleich gut.

Warum teilen sich Knorpelzellen lieber als Herzmuskelzellen? Das weiß bislang keiner

Mittlerweile ist es möglich, durch TE neues Hautgewebe zu gewinnen, um damit z.B. nach Verbrennungen große Wunden zu verschließen. Auch in der Kieferorthopädie gehört TE heute zum Alltag: Hier wird Knochen nachgezüchtet, wenn etwa ein Zahn entfernt wurde und sich der Kieferknochen unterhalb der Lücke zurückgebildet hat. Auch Gelenkknorpelzellen wachsen gut im Bioreaktor. Für Patienten mit Schäden im Knie werden sie bereits in vielen Krankenhäusern nachgezüchtet. Dafür entnimmt man dem Patienten bei einer Gelenkspiegelung Proben, die im Labor in etwa 14 Tagen zu neuem Knorpel heranwachsen. Der wird dann per OP eingesetzt. „Bedingung ist ein genau abgegrenzter Schaden. Das kommt eher bei Unfallschäden vor“, sagt Prof. Fritz Niethard, Generalsekretär der Deutschen Gesellschaft für Orthopädie und Unfallchirurgie in Berlin. „Beim alters - bedingten Verschleiß sind die betroffenen Flächen häufig zu zerfranst.“ Ähnliches gilt bei Bandscheibenschäden. Fürs TE muss der Patient nicht mehr bezahlen. „Die Knorpelzell-Züchtung ist mit 20 000 Euro pro Behandlung noch vergleichsweise teuer“, sagt Prof. Niethard. „Den Betrag rechnet das Krankenhaus teilweise über die Fallpauschalen ab.“ Den Rest trägt die Klinik häufig selbst, um die Methode bekannter zu machen und den Patienten moderne Behandlungsformen anbieten zu können.

Versuche an extra gezüchtetem Gewebe

„Haut- und Knorpelzellen zeigen eine hohe Bereitschaft, sich außerhalb des Körpers zu vermehren“, sagt Prof. Konrad Kohler vom Zentrum für Regenerationsbiologie und regenerative Medizin der Universitätsklinik Tübingen. „Bei vielen anderen Organen, etwa beim Herz oder beim Nervensystem, eignen sich die normalen Zellen aber nicht fürs Tissue Engineering. Hier brauchen wir Stammzellen.“ In Deutschland ist nur die Forschung mit adulten Stammzellen erlaubt. Die stellen ein Leben lang sicher, dass defekte durch neue Zellen ersetzt werden. Sie schlummern u. a. im Knochenmark und im Fettgewebe. Knorpel, Muskeln, Sehnen und blutbildende Zellen konnten Forscher daraus bereits per TE züchten – im Tierversuch. Bis zur Anwendung am Menschen ist der Weg allerdings noch weit. Und er birgt auch Risiken.

Statt Tests an Menschen und Tieren: Versuche an extra gezüchtetem Gewebe

Anders sieht es dagegen bei zwei „Ersatzteilen“ aus, die an der Uni Würzburg erdacht wurden: Dort, im Labor von Prof. Heike Walles, liegt ein Stück künstliche Luftröhre im Bioreaktor. „Etwa so lang wie eine Nürnberger Rostbratwurst“, kommentiert Walles zufrieden die Größe. Mit ihrem Team forscht sie außerdem an einem Granulat, mit dem sich defekter Knochen wieder auffüllen lassen soll. Beide Methoden, so Walles’ Zeitplan, sollen in etwa drei Jahren ausführlich an Menschen getestet werden. Geht es um die Zulassung neuer Medikamente, könnten solche Tests an Freiwilligen und Tierversuche bald der Vergangenheit angehören. Denn genau dafür hat Prof. Heike Walles Haut- und Darmgewebe gezüchtet. „Hersteller von Medikamenten erkennen daran viel deutlicher deren Wirkung, denn sie werden ja an menschlichen Zellen erprobt“, erklärt sie. Auch Kosmetikhersteller nutzen dieses Angebot bereits. Ist ein Produkt unbedenklich, stellt Walles’ Labor ein entsprechendes Zertifikat aus. Forschern aus Japan und den USA gelang es kürzlich sogar, aus gewöhnlichen Haut- wieder „alles könnende“ (pluripotente) Stammzellen zu machen. Trotzdem dämpft Prof. Walles allzu große Hoffnungen. „Bislang ist es schwer, aus diesen Stammunterschiedliche Organzellen zuformen“, sagt sie. „Im Labor entwickelt sich nur eine Minderheit von ihnen zu Zellen der gewünschten Organe.“ Wird die Medizin trotzdem eines Tages in der Lage sein, jedes kranke Organ nachzubilden? „Da bin ich vorsichtig.“

Interview

INTERVIEW „Einige Stammzellen sind noch zu gefährlich“
Dr. Jochen Ringe forscht am Berlin-Brandenburg Center für regenerative Therapien (BCRT) an der Entwicklung von Knochen-, Herz- und Knorpelgewebe

VITAL: Sie züchten Gewebe außerhalb des menschlichen Körpers. Was kann dabei schiefgehen? Dr. Ringe: Wenn man Zellen außerhalb des Körpers vermehrt, besteht immer die Gefahr, dass sich das Erbmaterial verändert. Dies könnte im schlimmsten Fall zu Wucherungen und Tumoren führen. Das ist aber eine eher theoretische Überlegung. Bislang ist noch nie etwas passiert.

Tissue Engineering ist also sicher? Im Tissue Engineering werden seit mehr als zehn Jahren Gewebetransplantate eingesetzt, die aus Zellen des Patienten gezüchtet wurden. Ja, diese Technologie hat sich meiner Ansicht nach als sehr erfolgreich und sicher erwiesen.

Gilt das auch, wenn neues Gewebe aus Stammzellen gezüchtet wird? Auch dabei kann unkontrolliertes Wachstum auftreten. Das Risiko ist aber sehr gering, weil wir spezielle Eiweiße, die sogenannten Wachstums- und Differenzierungsfaktoren, präzise einsetzen können. Anders sieht es allerdings bei induzierten pluripotenten Stammzellen aus, kurz iPS. Die sind noch so wenig erforscht, dass eine echte Gefahr besteht, dass sie zu wuchern beginnen oder sich zu Gewebe entwickeln, das gar nicht ins Zielorgan gehört. Deshalb werden iPS bislang nicht zur Behandlung eingesetzt. Dafür lassen sie sich nicht gut genug steuern.

Wie gut nimmt der Körper per Tissue Engineering gezüchtetes Gewebe an? Untersuchungen nach vier Jahren haben gezeigt, dass die Zellen gut verwachsen. Beim Kieferknochen z. B. können wir Gewebeproben anschauen. Die entnimmt ein Zahnarzt. Beim Knorpel können wir nach einer Magnetresonanztomografie detaillierte Bilder anschauen. Da sieht der TE-Knorpel sehr gesund aus. Trotzdem bleibt er natürlich eine Reparatur. Für Arthrose gibt es noch keine Heilung.

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