Nützlicher Speck: Knochenzucht im Fettgewebe

Wissenschaftler der Universität Rostock entwickeln eine neue Technik, mit der Knochengewebe im Unterhautfettgewebe gezüchtet werden kann. Mit diesem Ansatz entstehen erstmals durchblutete Gewebestrukturen, die eine Chance haben, nach Implantation dauerhaft zu überleben.

Der Clou des neuen Verfahrens ist ein von Professor Gerber am Institut für Physik der Universität Rostock in Zusammenarbeit mit der Klinik und Poliklinik für Mund-, Kiefer- und Plastische Gesichtschirurgie und der Chirurgischen Klinik der Universität Rostock entwickeltes Biomaterial aus nanokristallinem Hydroxylapatit und Silicagel, NanoBoneÒ, das die Knochenneubildung aus undifferenzierten Vorläuferzellen außergewöhnlich stark anregt. Im Tierexperiment und auch in Humanstudien konnten er und seine Kollegen bereits zeigen, dass die Silicagelmatrix dieses Materials innerhalb kürzester Zeit durch körpereigene Proteine ersetzt wird, die essenziell für das Knochenwachstum sind. Das Besondere ist nun, dass das neuartige Biomaterial im Unterhautfettgewebe im Zusammenspiel mit den so genannten adulten Stammzellen eine gut sichtbare Knochenbildung hervorruft, womit vollkommen neuartige Anwendungen möglich sind. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) fördert das Projekt, das zu den Gewinnern des Innovationswettbewerbs Medizintechnik 2006 gehört, mit rund 300000 Euro.

Entzündungen, operative Entfernung eines Tumors oder Unfälle können den Knochen schädigen. Wenn diese Knochenlücken nicht rechtzeitig behandelt und aufgefüllt werden, wächst dort Bindegewebe nach, was zu mechanischen und funktionellen Einschränkungen führen kann. Um dies zu verhindern, werden diese Lücken bis heute häufig mit körpereigenem Knochen, der z.B. aus der Hüfte entnommen wird, aufgefüllt. Dies stellt eine zusätzliche, belastende Operation für den Patienten dar. Eine Alternative sind anorganische Biomaterialien, die in den geschädigten Knochen eingesetzt werden und ein Gerüst für das wieder nachwachsende Gewebe bilden. „Der Knochen ist ein lebendes Gewebe. Knochen wird ständig auf- und abgebaut. Bislang verwendete Implantate können in diese Umbauprozesse nicht einbezogen werden und bleiben daher ein Fremdkörper, der die mechanischen Eigenschaften des nachwachsenden Knochengewebes ungünstig beeinflussen kann. Häufig treten auch Entzündungen an den Übergängen zwischen Gewebe und Implantat auf“, beschreibt Gerber die Probleme mit derzeitigen Alternativen zum körpereigenen Knochenersatz. Auch bisherige Versuche Knochengewebe zu züchten, sind problematisch. Denn bei der Zucht in vitro, dem sogenannten tissue engineering, entstehen keine Blutgefäße, die die Versorgung des Knochengewebes nach Implantation sicherstellen. Das gezüchtete Gewebe stirbt deshalb kurz nach dem Einsetzen ab. Gerber und seine Kollegen scheinen mit NanoBoneÒ nun einen Ausweg aus dem Dilemma gefunden zu haben. „Es entsteht eine intakte Knochenstruktur mit allen knochentypischen Zellarten und Blutgefäßen“, berichtet Gerber. In dem neu entstandenen Knochenstück finden außerdem die für Skelettknochen typischen Um- und Abbauprozesse statt, selbst nach vier Monaten wuchs das Gewebe noch weiter – und das ist absolut neu und Bahn brechend.

Das Wissenschaftlerteam um Professor Gerber mit Frau Professor Vollmar, Experimentelle Chirurgie, Professor Gundlach, Mund-Kiefer-Gesichtschirurgie und Professor Mittlmeier, Unfall- und Wiederherstellungschirurgie plant nun, die Prozesse der Knochenneubildung im Fettgewebe genau zu analysieren und die Struktur von NanoBoneÒ weiter zu verbessern. Im nächsten Schritt will die Forschergruppe zwischen zwei so entstandenen Knochenstücken gezielt die Bildung von Knorpel provozieren. Erste Vorarbeiten zeigen, dass dies möglich ist. Das große Ziel ist es, eine gelenkartige Struktur im Fettgewebe des Tiers zu züchten und anschließend in das Gelenk einzusetzen.

Die gewonnenen Erkenntnisse sollen zu neuen Produkten der regenerativen Medizin führen. Es ist geplant, mögliche Verwertungsrechte an die ARTOSS GmbH Rostock zu lizenzieren. Im Rahmen des Forschungsvorhabens ist ARTOSS bereits industrieller Partner und beteiligt sich finanziell an diesem Projekt.

Ansprechpartner:
Prof. Dr. Thomas Gerber
Universität Rostock
Institut für Physik
Arbeitsgruppe Nanostrukturierte Materialien
August-Bebel-Straße 55
18051 Rostock
Tel.: 0381 498 6840
Fax: 0381 498 6862
E-Mail: gerber@physik1.uni-rostock.de