Aufbauhelfer für den Knorpel
Ein neues Biomaterial soll die Erfolgschancen bei Knieoperationen deutlich erhöhen.
- Alexandra M. Goho
Ein neues Biomaterial, das von einem kalifornischen Biotechnologie-Start-up entwickelt wurde, soll die Erfolgschancen komplexer Kniechirurgie deutlich erhöhen. Das Produkt namens "ChonDux" besteht aus einem Polymer-Hydrogel, das während der Operation injiziert wird und die Knorpelregeneration anregen kann, in dem es das Zellwachstum im Körper stimuliert.
In der minimal invasiven Chirurgie setzt man so genannte Mikrofrakturen ein, um das Neuwachstum verschlissener Knorpel im Knie zu stimulieren. Dabei werden Löcher in das Knochengewebe des Knies gebohrt. In den letzten Jahren unterzogen sich zahlreiche Sportler der Prozedur, darunter auch diverse US-Basketballstars. Der Erfolg des Eingriffes ist jedoch sehr variabel, sagt Norman Marcus, orthopädischer Chirurg am Virginia Cartilage Institute im amerikanischen Springfield. Unter den jungen Athleten, die kleinere Defekte in ihrem Knieknorpelbereich aufweisen, bietet der Eingriff eine Erfolgschance von 75 Prozent. Bei älteren Patienten sinkt sie allerdings auf 50 Prozent, sagt der Mediziner
Marcus ist auch medizinischer Leiter von Cartilix, dem Hersteller von ChonDux. Der Chirurg hofft, dass das Biomaterial die Prozedur auch bei älteren Patienten erfolgreicher macht – besonders unter den so genannten "Babyboomern" gibt es einen erhöhten Nachfragebedarf. Mit zunehmendem Alter müssen die Patienten ihre physischen Aktivitäten einschränken, weil sie über schmerzhafte, geschwollene Gelenke klagen, die mit dem Knorpelabbau im Knie einhergehen. Marcus hofft, dass sich hier eine Behandlung vornehmen lässt, bevor es zu einer vollwertigen Arthrose kommt. "Unser Ziel ist es, den Teil der Bevölkerung anzusprechen, der sein ganzes Leben über aktiv sein will und dabei Hilfe braucht."
Bei einer Mikrofraktur nutzt der Chirurg eine spezielle Ahle, um eine Anzahl kleiner Löcher in den Knochen unterhalb des Bereiches mit fehlendem Knorpel zu bohren. Knochenmark, das Stammzellen enthält, wandert daraufhin in den beschädigten Bereich und formt einen Pfropfen. Dieser gibt Stammzellen ab, die sich zu Knorpelzellen ausdifferenzieren können und schrittweise neues Gewebe bilden. Das Problem: Das neue Gewebe ist Narbenknorpel, kein "echter" Knorpel. Deshalb hat er auch nicht die gleiche Haltbarkeit und Stärke, weswegen die Operation relativ oft scheitert.
ChonDux besteht nun aus einem Hydrogel aus Polyäthylenglykol, einem Polymer, das häufig in Medizinprodukten verwendet wird. Ergänzt wird es um einen biologischen Kleber, der dafür sorgt, dass das Polymer am gewünschten Ort verbleibt. Bei der Operation füllt der Chirurg den Bereich, in dem der Knorpel fehlt, zunächst mit dem Biokleber und bohrt dann wie bei einer normalen Mikrofraktur kleine Löcher in den Knochen, der daneben liegt. Dann wird der leere Bereich mit dem Hydrogel gefüllt, das schließlich mit UVA-Licht bestrahlt wird. Die zähe Flüssigkeit verwandelt sich dadurch in ein Gel. Der Pfropfen, der sich aus der Mikrofraktur bildet, wird dann in dem Hydrogel "gefangen".
Eines des größten Probleme bei der Transplantation von Biomaterialien ist es, das zumeist wasserartige Material dazu zu bewegen, sich an sehr rutschigen Stellen zu befestigen, erläutert Jennifer Elisseeff, Biomediziningenieurin an der Johns Hopkins University, die ChonDux entwickelt und Cartilix mitgegründet hat. Der Kleber bestehe in diesem Fall aus einer natürlichen Komponente, die im Knorpel vorkommt und chemisch so verändert wurde, dass sie sich an den gesunden Knorpel binde, die die Fehlstelle umgibt. Auch am Hydrogel haftet der Kleber gut. "Es arbeitet für uns wie eine Grundierung, die dafür sorgt, dass die Farbe an der Wand bleibt", sagt Elisseeff. Der Kleber vermeidet außerdem die Bildung von Narbengewebe zwischen dem neuen und noch vorhandenen alten Knorpel.
Elisseeff und ihr Team haben das Material an Kaninchen und Ziegen getestet und dabei herausgefunden, dass im Vergleich zur Standardoperation mehr Knochenmarkszellen im Pfropfen hängen bleiben, wenn das Hydrogel vorhanden ist. Die Forscher ermittelten außerdem, dass sich die Fehlstellen mit dem Biomaterial schneller wieder füllten und das neu gebildete Gewebe echtem Knorpel stärker ähnelte.
Auch die Ergebnisse einer kleinen klinischen Studie in Europa sehen viel versprechend aus. Kernspinaufnahmen des Knies sechs Monate nach dem Eingriff zeigten, dass Patienten, die das Hydrogel erhalten hatten, mehr Gewebewachstum zu verzeichnen hatten als die Kontrollgruppe. Auch die Schmerzen waren geringer. Cartilix hofft, diese Daten aus der europäischen Studie an die amerikanische Gesundheitsaufsicht FDA weiterleiten zu können, um dann größere klinische Untersuchungen in den USA zu starten.
Farshid Guilak, Biomediziningenieur an der Duke University School of Medicine, meint, dass es zwar Studien mit verschiedenen Helfern wie Hydrogels und anderen Biomaterialien gegeben habe, die Zellen an einem Platz halten könnten und das Knorpelwachstum anregten. "Diese Studie ist aber deshalb so spannend, weil dieser Biokleber das Hydrogel so stark an seinem Platz halten kann und damit genügend Zeit einräumt, dass der Knorpel nachwachsen kann." Und weil das Biomaterial vor der Injektion nicht mit Zellen versehen werden muss, wie dies andere Ansätze erfordern, könnte auch die Genehmigung durch die FDA leichter zu bekommen sein.
Elisseeff adaptiert ihre Biomaterialien auch für andere Anwendungen. Beispielsweise lizenzierte sie kürzlich ihre Technologie an die kalifornische Firma Kythera Biopharmaceuticals, die sich auf kosmetische Medizin spezialisiert hat. Das Unternehmen entwickelt lichtaktivierte kosmetische Füllstoffe, die viel länger halten sollen als die, die derzeit auf dem Markt sind. Diese Füllstoffe werden beispielsweise an den Seiten des Mundes injiziert, um Falten zu verringern. Sie besitzen allerdings nur eine geringe Lebensdauer. Die Prozedur muss deshalb mehrere Male im Jahr wiederholt werden.
"Bei unserem Ansatz wird Licht auf die Injektionsstelle gestrahlt, was zu einer Quervernetzung der Materialien führt. Es baut sich dadurch weniger schnell ab", sagt Elisseeff. Kythera plant erste Tests in wenigen Monaten. Eine Pilotstudie soll im Starmekka Beverly Hills durchgeführt werden. (bsc)
