Gelenke: Lässt sich Knorpel wieder aufbauen?

Ein Leben ohne Schmerzmittel und künstliche Gelenke: Für Patienten mit Arthrose wäre das ein Segen, denn der schmerzhafte Gelenkverschleiß lässt sich nicht heilen. Außerdem trifft die Erkrankung zunehmend auch Jüngere. Es ist zwar noch Zukunftsmusik, doch Wissenschaftler suchen nach neuen Verfahren, den defekten Gelenkknorpel zu reparieren oder zu ersetzen. Einige davon kamen bereits bei Patienten zum Einsatz.

Die neuen Waffen gegen Gelenkverschleiß entstehen aus menschlichen Zellen. Mit deren Hilfe lassen Forscher nicht nur Knorpel, sondern auch Knochen, Haut oder Herzklappen wachsen. Zu den Pionieren auf diesem Gebiet gehört Professor Michael Sittinger, der das Labor für Tissue Engineering (Gewebekonstruktion) der Berliner Charité leitet. Seit Anfang der 1990er-Jahre experimentiert der Molekularbiologe mit menschlichen Zellkulturen. „Zur Züchtung dreidimensionaler Knorpelgewebe kombinieren wir ein weiches Gel mit einem biologisch abbaubaren Fasergerüst“, erläutert Sittinger. „Die Zellen verteilen sich gut im Gel, während die Fasern für mechanische Festigkeit sorgen.“

Aus unbelasteten Bereichen des Kniegelenks werden dem Patienten Knorpelzellen entnommen und einige Wochen in einer Nährlösung gezüchtet. „Die gezüchteten Zellen lösen wir ab, rühren sie in das Gel ein und lassen dieses in das Fasergerüst fließen“, erklärt Sittinger. Auf diese Weise entsteht ein festes Gewebe, das in Form geschnitten und in das Gelenk eingelegt wird. „Dort bildet sich dann der richtige Knorpel“, sagt Sittinger, „und die Trägersubstanzen werden abgebaut.“

Seit 2001 wird dieses Verfahren beim Menschen angewandt, derzeit bei etwa 1000 Patienten im Jahr. „Es eignet sich vor allem bei lokal begrenzten Knorpeldefekten nach Verletzungen“, schränkt Sittinger ein. „Bei Arthrose dürfen die Defekte nicht zu groß sein.“ Vorteil: Das Immunsystem erkennt die Zellen als körpereigen und stößt das Implantat nicht ab. Nachteil: Es sind zwei chirurgische Eingriffe notwendig.

Forscher suchen deshalb nach Alternativen, welche die Zellentnahme und Züchtung außerhalb des Körpers überflüssig machen und somit nur einen Eingriff erfordern. Speziell für kleinere Defekte hat das Team um Sittinger ein Implantat entwickelt, das körpereigene Stammzellen zum Knorpel lockt. Diese werden durch Anbohren des unter dem Knorpeldefekt liegenden Knochens gewonnen und haben die Fähigkeit, sich zu verschiedenen Gewebetypen zu entwickeln. Mit biochemischen Methoden bringen die Forscher die Stammzellen dazu, neues Knorpelgewebe zu bilden.

Auch die Suche nach neuartigen Gerüstmaterialien läuft auf Hochtouren. Im Rahmen eines vom Bundesministerium für Bildung und Forschung geförderten Verbundprojekts testen Orthopäden des Universitätsklinikums Jena eine Gerüststruktur aus bakteriell gewonnener Nanozellulose. An dieses wasserbindende, extrem feine Fasermaterial sollen sich Knorpelzellen anlagern und neuen Knorpel bilden.

Kieler Wissenschaftler setzen dagegen  auf Kollagen aus Quallen. „Im Tierversuch eignet es sich gut zur Züchtung von Knorpelzellen“, berichtet Christian Koch, Geschäftsführer des Meeresforschungsinstituts Coastal Research & Management (CRM). Seit etwa zehn Jahren werden Knorpelzellen in Kollagengrundlagen gezüchtet, die bislang aus den Knochen oder der Haut von Rindern und Schweinen gewonnen werden. „Der mit marinem Kollagen gezüchtete Knorpel ist dem in menschlichen Gelenken am ähnlichsten“, sagt Koch. „Bis zur Einführung eines marktreifen Produkts werden aber noch einige Jahre vergehen.“

Info: Kollagen aus dem Meer

Die gallertartigen Quallen enthalten  große Mengen an Kollagen. Diese hauptsächlich im Bindegewebe vorkommende Eiweißsubstanz findet vor allem in der Kosmetik als Feuchtigkeitsspender Verwendung. In der Medizin dient Kollagen neuerdings auch zur Reparatur abgenutzter Knorpel. Die glibberigen Meeresbewohner könnten Schweineschwarten und Rinderknochen künftig als Kollagenquelle ersetzen, meinen Kieler Meeresforscher.