Innovative Kombinationen aus Trägermaterial und Knorpelzellkulturen machen Gelenke wieder geschmeidig

Der Verschleiß von Gelenkknorpel kann viele Ursachen haben. Fehlbelastungen, Übergewicht, Gelenkverletzungen oder auch bestimmte Krankheiten können dem Knorpel schaden. Weil die Gelenkabnutzung mit dem Alter schlimmer wird, gilt die Arthrose als typisches Krankheitsbild des Alters. Wenn nicht mehr genügend Knorpel im Gelenk vorhanden ist, kann er seine ursprüngliche Gleitfunktion und die Druckentlastung nicht mehr erfüllen. Starke Schmerzen und Einschränkungen im Alltag sind die Folge. Dazu kommt, dass Knorpel keine Selbstheilungskapazität besitzt. Der Bedarf an neuen therapeutischen Ansätzen ist dementsprechend hoch.

An solchen Ansätzen forschen Prof. Dr. Ursula Anderer und ihr Team vom Fachgebiet Zellbiologie. Das Forschungsprojekt »Gelenkknorpel älterer Menschen – Regenerationspotential von Knorpelschäden (Trauma/Arthrose) durch körpereigene Chondrozyten« beschäftigt sich mit der Behandlung von Arthrose durch zellbasierte Therapien. Chondrozyten, die Zellen des Knorpelgewebes, können in-vitro kultiviert und vermehrt werden. »Das Verfahren, Knorpel-Microtissues herzustellen, haben wir bereits entwickelt. Das Problem bei einer Anwendung dieser Technik für Chondrozyten älterer Menschen ist sicherzustellen, dass sich die Zellen vermehren und zu Mikrotissues ausdifferenzieren«, sagt Prof. Anderer. Außerdem wird es wichtig sein herauszufinden, ob diese künstlich erzeugten Knorpelgewebe Arthrosedefekte regenerieren können.

Was für jüngere Menschen in zahlreichen Studien erprobt wurde, will Prof. Anderer nun an die Besonderheiten des »gealterten« Knorpels anpassen. Für sie sind zwei Ziele entscheidend: »Wir müssen verstehen, in welchem Maß sich Knorpelzellen älterer Menschen von denen jüngerer unterscheiden. Parallel dazu entwickelt Dr. Marc Behl am Institut für Biomaterialforschung des Link zu einer externen Seite Helmholtz-Zentrums Geesthacht (HZG) in Teltow ein geeignetes Trägermaterial, das gut verträglich und gleichzeitig hochgradig funktionell sein muss«. In der Kombination aus Trägermaterial, sogenannten Scaffolds, und Knorpelzellen entstehen 3D-Zelltransplantate. Die Scaffolds sollen dabei nicht nur eine stützende Funktion übernehmen, sondern die Zellen auch in ihrer Funktion unterstützen und Wachstumsfaktoren freisetzen können. Funktioniert das Zusammenspiel aus Scaffolds und Knorpelzellen kann eine altersangepasste, zellbasierte Therapie zur Regeneration von Gelenkknorpeldefekten entwickelt werden.

Bei der Umsetzung dieses Vorhabens wird auf die Expertise anderer Verbundpartner zurückgegriffen. Von den Kliniken der Medizinischen Hochschule Brandenburg (MHB) wird Knorpelmaterial bereitgestellt. Dr. Claus Duschl (Link zu einer externen Seite Fraunhofer IZI Potsdam-Golm) bringt die Expertise zur Kultivierung von Zellen in Mikrobioreaktoren ein. Darüber hinaus besteht eine enge Vernetzung zum Teilprojekt »Multiomics – multimodale prädiktive Analyse im Organ Blut«, in dem das Blut auf mögliche Abbauprodukte der Knorpelmatrix überprüft wird