Mit Stammzellen gegen Knochenbrüche

Patienten mit schweren Brüchen, die nicht von selbst heilen können, müssen sich normalerweise einer Knochenbiopsie unterziehen, bei der ein Knochenfragment aus der Hüfte entnommen und dann in die Wunde transplantiert wird. Die einzige Alternative zu diesem schmerzhaften Vorgang ist die Entnahme von Knochenmark. Aus diesem lassen sich Knochen-bildende Stammzellen gewinnen, die sich dann ebenfalls in eine Bruchstelle transplantieren lassen.

Das Problem dabei: Obwohl diese Operation bereits an 40.000 Patienten vorgenommen wurde, bleibt sie als verbesserungswürdig – die Stammzellgewinnung ist wenig effizient und häufig mit dem Absterben einzelner Zellen verbunden. "Die Zellen haben es hier mit einer lebensfeindlichen Umgebung zu tun, wenn sie erstmalig transplantiert werden", erklärt George Muschler, orthopädischer Chirurg an der Cleveland Clinic in Ohio, der zu den Pionieren der Knochenmarkstransplantationstechnik gehört. "Es gibt nur wenig Sauerstoff, die Umgebung ist sehr sauer und es gibt diverse Entzündungsfaktoren, die zum Zelltod führen können." Zudem befinde sich in 20.000 Knochenmarkszellen nur eine einzige Stammzelle, die Knochen sprießen lassen könne. Das Überleben der Zellen sei also enorm wichtig.

Linda Griffith, Professorin für Bioingenieurwesen am MIT, hat deshalb nun zusammen mit Muschler ein Verfahren entwickelt, mit dem sich aus Knochenmark gewonnene Stammzellen deutlich länger halten sollen – mit einer das Wachstum anregenden Substanz.

"Biomaterialien, die das Zellwachstum anregen, sind ein völlig neuer Ansatz", erklärt Richard Lee, Kardiologe und Forscher an der Harvard Medical School. Er glaube, dass die Technologie eine wichtige neue Komponente in der regenerativen Medizin werden könne.

Seit zehn Jahren forschen Griffith und ihre Kollegen nun an solchen Ansätzen. Die dabei verwendeten so genannten Kammgerüste können beispielsweise zum Wachstum neuer Blutgefäße verwendet werden. Der Kamm besteht dabei aus einem tragenden Teil aus Plexiglas, das mit molekularen "Haltegurten" überzogen ist, die verschiedene Protein-Wachstumsfaktoren an ihren Spitzen tragen. In ihrer letzten Experimentierreihe veränderten Griffith und ihr Team das Gerüst so, dass es epidermale Wachstumsfaktoren (kurz EGF) trug. Die EGF-Moleküle spielen eine Rolle beim Wachstum und der Ausbildung vieler Zellarten – auch Stammzellen gehören dazu, die besser schneller sprießen und eine höhere Überlebenschance haben sollen.

Am Tiermodell soll nun bewiesen werden, dass dies tatsächlich funktioniert. Anschließend sind weitere Experimente mit menschlichen Stammzellen geplant, um festzustellen, wie verschiedene Proteine die Zellausdifferenzierung zu Knochenzellen anregen. "Wir wollen Schritt für Schritt herausfinden, wie sich Knochenmark im Klinikbetrieb wirklich effizient nutzen lässt", meint Griffith. Das Endziel: Patienten soll künftig Knochenmark entnommen werden können, um es dann direkt im Operationssaal mit dem wachstumsfördernden Material zu behandeln. Diese "verbesserten" Zellen könnten dann sofort in die Bruchstelle implantiert werden. "Wir befinden uns derzeit noch am Anfang dieses Forschungsgebietes", meint Harvard Medical School-Mann Lee, "es wird sehr spannend, welche neuen Möglichkeiten wir erhalten, Zellmaterial zu verändern". (wst)