3D-Simulation für Knochen aus dem Bio-Reaktor

So könnten künftig Komplikationen oder schwere Operationen bei Transplantationen dieses kostbaren Materials vermieden werden. In dem neuen Reaktor züchten Forscher des Royal College of Surgeons in Irland (RCSI) aus körpereigenen Stammzellen Knochengewebe. Der 3D-Simulator bildet dabei die optimalen Voraussetzungen für die Differenzierung der Stammzellen zu Knochenzellen nach. Ziel ist es, beste Gewebequalität in kürzester Zeit zu produzieren. Erste klinische Tests sollen 2009 erfolgen.

Wenn ein Patient etwa nach einem Autounfall oder nach einer Krebsoperation zusätzliches Knochenmaterial benötigt, verwenden Chirurgen bisher zwei Methoden: Sie setzen präparierte Knochen eines Spenders ein, was als Material nicht optimal geeignet und mit einem Risiko für Infektionen verbunden ist, oder sie entnehmen dem Patienten eigenes Knochenmaterial und pflanzen es später wieder ein, was einen zusätzlichen Eingriff bedeutet.

Die Forscher des RCSI in Dublin wollen dagegen eigenes Knochengewebe außerhalb des Körpers nachzüchten (Tissue Engineering). Während des Verfahrens werden adulte Stammzellen des Patienten auf ein Trägermaterial aus Kollagen aufgebracht, einer schwammähnlichen Substanz mit kleinen Poren. In einem eigens entwickelten Bio-Reaktor umspült sie Nährlösung, wobei deren mechanische Kräfte die Stammzellen dazu anregen, sich zu Knochenzellen zu differenzieren. Der Prozess ist von verschiedenen Faktoren abhängig, etwa der Porengröße und Durchlässigkeit des Kollagens oder der Fließgeschwindigkeit und dem Druck der Nährlösung.

Um die optimalen Voraussetzungen für eine schnelle Differenzierung der Stammzellen herauszufinden, entwickelte Siemens IT Solutions and Services einen speziellen 3D-Simulator. Mit ihm können die Experten das Verhalten der Stammzellen innerhalb des Bio-Reaktors am Computerbildschirm exakt nachbilden und so die optimalen Bedingungen erforschen. Ziel der RCSI-Spezialisten ist es, mit den Ergebnissen des Simulators das reale Wachstum von Knochengewebe zu beschleunigen. Ersten Tests zufolge ist dabei eine Verkürzung von sechs auf etwa zwei Wochen realistisch. (IN 2008.02.4)