Bessere Gelenk-Implantate dank EU-Förderung

Stammzellenforschung made in Regensburg gefördert

Stammzellen, die zu Knochen- und Sehnengewebe heranwachsen sollen, werden derzeit in den Laboren der Unfallchirurgie des Universitätsklinikums Regensburg (UKR) kultiviert. Sie sollen in Zukunft helfen, dass Verletzungen besser heilen. Gerade wurden für zwei der in der oberpfälzischen Metropole angesiedelten Forschungsprojekte EU-Fördermittel genehmigt. Damit sollen die Medizinthemen „Biokompatibilität von Titanimplantaten“ und die „Regeneration verletzter Sehnen“ weiter vorangetrieben werden.

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Allein in Deutschland werden jedes Jahr rund 400.000 Operationen durchzuführen, um bei den Patienten ein neues Hüftgelenk oder ein neues Kniegelenk zu implantieren. Die künstlichen Gelenke sind heute moderne Titanimplantate. Doch auch sie können nicht verhindern, dass es nach jedem 10. Eingriff zu Komplikationen kommt. Verbesserung verspricht, Titanimplantate mit Stammzellen zu kombinieren, um so das Verwachsen mit den bestehenden Knochenstrukturen zu erleichtern.

 

Früher galt es als Wunder, wenn Lahme wieder gehen, Zahnlose wieder kraftvoll zubeißen und Hinkende wieder auf- und abhüpfen konnten. Doch heute liegen diese Visionen dank der modernen Implantatprothetik durchaus im Bereich des medizinisch Machbaren. Am UKR in Regensburg forschen Mediziner und Wissenschaftler gemeinsam an der Kultivierung von Knochengewebe auf speziellen Titanplatten. Den Ausgangspunkt für das Knochengewebe bilden dabei humane Stammzellen. Mit den neuen Titanimplantaten soll für Unfallchirurgen die Bandbreite der Therapieoptionen weiter verbessert werden, denn die bislang verwendeten Titanplatten bergen Risiken. Es kann zu Lockerung der Implantate und Entzündungen kommen. Der Organismus kann die Implantate sogar abstoßen. Im Rahmen des MATEGRA-Forschungsprojektes sollen Titanimplantate weiter verbessert werden, sodass sich die Gefahr von möglichen Komplikationen verringert. Über den Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) fördert die Europäische Gemeinschaft das MATEGRA-Forschungsprojekt über drei Jahre mit insgesamt 800.000 Euro.

 

Besondere Oberflächen von Implantaten sollen Stammzellen beste Startbedingungen bieten

Zum Fachgebiet der Implantatprothetik gehört auch das Einsetzen von künstlichen Hüft- und Kniegelenken. Allein in Deutschland erfolgen jedes Jahr insgesamt über 400.000 Eingriffe mit dem Ziel, die Lebensqualität der Patienten durch ein künstliches Gelenk wiederherzustellen. Jedoch ist nach fast jedem 10. Eingriff mindestens eine weitere Operation erforderlich, um das Implantat auszutauschen. Am häufigsten als Komplikation tritt das Nichtverwachsen des Titanimplantats mit dem Knochen auf. Die Folge: Das Implantat ist langfristig nicht fest genug mit dem Knochen verwachsen, sodass der Patient das künstliche Gelenk nicht ausreichend belasten kann. Im Rahmen des Forschungsprojektes MATEGRA wollen die Wissenschaftler nun herausfinden, wie die Oberfläche von Titanimplantaten beschaffen sein muss, damit sie besser einwachsen und so für noch mehr Stabilität sorgen können.

Ein Teil der Fördersumme fließt in das Labor der Experimentellen Unfallchirurgie. Dort werden aus menschlichen Stammzellen Knochenzellen gezüchtet. Mit Hilfe des so kultivierten Knochengewebes testen die Forscher, wie gut oder wie schlecht die Knochenzellen auf verschiedenen Titanplatten wachsen. Die Titanplatten wiederum konstruieren Wissenschaftler an der Westböhmischen Universität in Pilsen. Sie setzen dabei auf verschiedene Beschichtungen für die Oberfläche und experimentieren beispielsweise mit porösem Glas oder Nanopartikeln. Die Partner aus Tschechien konzentrieren ihren Forschungsfokus damit auf die Optimierung der Oberflächen, während die Regensburger Projektpartner die Kompetenz in Sachen Zellaktivität bei sich bündeln. Damit perfektioniert der grenzüberschreitende Forschungsverbund die Arbeitsteilung.

Im Rahmen der Biokompatibilitätsprüfung untersuchen die Wissenschaftler, wie die einzelnen Oberflächen das Knochenwachstum anregen. Dabei wird geschaut, wie gut die Knochenzellen auf den verschiedenen Materialien überleben und wie schnell sie sich teilen bzw. mineralisieren. Mit der geballten Expertise aus Regensburg und Pilsen sollen neue Biomaterialien zur Beschichtung von Titanimplantaten entwickelt werden. Dafür ist der Wissensaustausch zwischen beiden Zentren essentiell.

 

 

Kaputte Sehnen mit Stammzellen reparieren

Neben dem Knochengewebe werden in Regensburg jedoch auch Zellen herangezüchtet, die später ganze Sehnen wie beispielsweise die Achillessehne ersetzen sollen. Die regenerative Medizin will hierbei gerissene Sehnen möglichst ganz nah am Original wiederherstellen. Auch dafür sollen humane Stammzellen als Ausgangsmaterial zum Einsatz kommen. Um entsprechende Verfahren weiter voranzubringen, kooperiert das Universitätsklinikum Regensburg mit weiteren internationalen Forschungseinrichtungen – darunter der Universität Do Minho (Portugal), der National University Ireland in Galway und der Mayo Clinic (Minnesota/USA). Für das Projekt „Horizon 2020“ bewilligt die Europäische Union auch hierfür nochmals eine Fördersumme von 250.000 Euro. Mit dem Geld soll einerseits der Technologie-Transfer sichergestellt werden, andererseits soll die Expertise bei der Zell- und Molekularbiologie gebündelt und das Wissen im Bereich der Gentherapie bei fortgeschrittenen Sehnenerkrankungen weiter vertieft werden.

Beide in Regensburg angesiedelten und jetzt geförderten Forschungsprojekte im Bereich des Tissue Engineerings verbindet das Ziel, mit Hilfe der biokompatiblen Medizin Erkrankungen des Bindegewebs- und Stützapparates zu erforschen und neue Therapien zu finden. Dabei soll das Potential der Stammzellen genutzt werden. Im Gegensatz zu somatischen Körperzellen sind Stammzellen wahre „Multitalente“. Sie sind nicht auf einen bestimmten Zelltyp festgelegt, sondern sie können sich zu einer Vielzahl von unterschiedlichen Geweben ausdifferenzieren. Damit dies auf Knopfdruck und nach Wunsch der Mediziner gelingt, müssen die spezifischen Signalwege und die genetischen Programme verstanden sein. Für die Grundlagenforschung ist es außerdem wichtig, nicht nur die biochemischen, sondern auch die biomechanischen Faktoren zu kennen. Um diesem Ziel ein Stück weit näher zu kommen, verbringen die Regensburger Wissenschaftler viel Zeit in den Laboren und beobachten die Entwicklung der Stammzellen in der Petrischale.

 

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