Tissue Engineering
Grundlagen der 3D-Gewebezüchtung
Vokabel der Woche | Tissue Engineering ist der Überbegriff für die künstliche Herstellung biologischer Gewebe durch die gerichtete Kultivierung von Zellen, um damit kranke Gewebe bei einem Patienten zu ersetzen oder zu regenerieren.
Grundlagen
Beim Tissue Engineering werden dem Patienten entnommen und im Labor in vitro unter kontrollierten Bedingungen vermehrt. Je nach Zellart können diese als Zellrasen zweidimensional oder mittels bestimmten Zell-Gerüsten dreidimensional kultiviert werden. Anschließend können sie dem Empfänger (re-)transplantiert werden, um so geschädigtes Gewebe zu ersetzen. Da die Zellen also aus dem Patienten selber stammen, besteht keine Gefahr der Abstoßung. Tissue-Engineering-Produkte (TEP) gehören zur Gruppe der Arzneimittel für neuartige Therapien und sind eine der Anwendungsbeispiele für die regenerative und personalisierte Medizin.
Anwendungen
Stammzellen zu Knochenzellen trainieren
Stammzellen können sich zu vielen verschiedenen Zelltypen entwickeln: Muskelzellen, Knorpel- oder Knochenzellen. Genau wie der Körper, zu dem sie gehören, spüren die Stammzellen, was um sie herum passiert und reagieren entsprechend. Seit Jahrzehnten versuchen die Forscher, diesen sogenannten Differenzierungsprozess zu verstehen und zu steuern, indem sie die Umgebung der Zellen verändern. Das gewonnene Wissen wird bereits im Bereich des Tissue Engineering genutzt, also zur Herstellung von Ersatzmaterialien, die geschädigtes biologisches Gewebe wiederherstellen oder erhalten können.
Herzklappen am Computer designen
Herzklappenfehler sind weltweit eine der Hauptursachen für Morbidität und Sterblichkeit. Die heute verfügbaren, künstlichen Herzklappen sind insbesondere für Kinder mit angeborenen Herzfehlern eine unbefriedigende Lösung. Defekte Herzklappen oder Blutgefässe müssen häufig operativ durch Prothesen ersetzt werden, die mit dem kindlichen Körper nicht mitwachsen können.
Auf dem Weg, Herzpatienten mit neuen Herzklappen zu behandeln, die aus menschlichen Zellen gewonnen werden, hat ein internationales Konsortium 2018 einen Meilenstein erreicht: Im Rahmen des durch die EU geförderten Projekts »LifeValve« ist es erstmals gelungen, mithilfe von Computersimulationen individuell vorherzusagen, wie gut gezüchtete Herzklappen im Grosstiermodell – bei Schafen – wachsen, sich regenerieren und funktionieren. »Dank den Simulationen können wir das Design und die Zusammensetzung der regenerativen Herzklappen optimieren und massgeschneiderte Implantate für die Therapie entwickeln«, sagt Hoerstrup vom Institut für Regenerative Medizin der UZH.
Organe aus dem 3D-Drucker
Organe aus dem Drucker – davon träumen nicht nur Patienten, sondern auch Pharmahersteller, die an künstlich erzeugten Gewebeproben die Wirkung neuer Medikamente untersuchen wollen. Je näher Forscher diesem Traum kommen, desto schneller wächst der Markt und wird auch für andere Branchen attrkativer
Schon seit Jahren wetteifern Forscherteams auf der ganzen Welt um die beste Technik zur Herstellung von künstlichem Gewebe. Ziel ist es, im Labor Gewebeersatzmaterialien zu erzeugen, die in Aufbau und Funktion identisch sind mit menschlichem Gewebe. Aus diesem sollen dann Implantate aber auch Gewebeproben für die Untersuchung neuer Wirkstoffe hergestellt werden.
Ausblick
Die Beispiele zeigen: Das Tissue Engineerings ist noch Gegenstand internsiver Forschung. Bei den bisher erfolgreichen Ansätzen handelt es sich ausschließlich um Gewebe aus einer einzigen Zellart. Besonders geeignet für die Gewebekultur ist Knorpelgewebe, da Knorpel schon im lebenden Körper aus einer einzigen Zellart besteht. Andere Gewebe, zum beispiel Leber- oder Nierenparenchym, sind in ihrem Aufbau so komplex, dass eine In-vitro-Züchtung bisher nicht erfolgreich ist.
Schlagworte: Tissue Engineering, Bioprintign, 3D-Druck
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