Neues Biomaterial könnte endlich dabei helfen, beschädigten Knorpel in betroffenen Gelenken zu reparieren: ScienceAlert

Der Körper ist sehr gut darin, sich selbst zu reparieren, aber einige Teile unserer Anatomie haben nach einer Verletzung Schwierigkeiten, in ihren normalen Zustand zurückzukehren.

Ein solches Material ist Knorpel – das schwammige, aber robuste Bindegewebe, das verhindert, dass unsere Knochen aneinander reiben und anstoßen. Im Laufe der Zeit können sich die transparenten oder „glasartigen“ Bestandteile des Knorpels erheblich verschlechtern, was zu schmerzhaften Zuständen wie z Osteoporose Und Chondromalazie.

Wissenschaftler haben daran gearbeitet, einen Weg zur Regeneration zu finden hyaliner Knorpel Einem Team der Northwestern University in den USA ist seit vielen Jahren ein großer Durchbruch gelungen. Sie haben ein Biomaterial entwickelt, das in den geschädigten Knorpel lebender Schafe injiziert wird und als Gerüst fungiert, das das Knorpelwachstum in aktiven Gelenken fördert.

„Knorpel ist ein wesentlicher Bestandteil unserer Gelenke.“ sagt der Chemiker Samuel Staub Von der Northwestern University.

„Wenn Knorpel im Laufe der Zeit beschädigt wird oder zusammenbricht, kann dies erhebliche Auswirkungen auf die allgemeine Gesundheit und Bewegungsfähigkeit eines Menschen haben. Das Problem besteht darin, dass der Knorpel bei erwachsenen Menschen nicht über die angeborene Fähigkeit zur Heilung verfügt in Geweben, die sich nicht richtig regenerieren.“ „Wir glauben, dass unsere Behandlung dazu beitragen kann, einen ernsthaften, ungedeckten klinischen Bedarf zu decken.“

Der Knorpelabbau ist ein großes Gesundheitsproblem. Umfrage 2011 Eine in 18 Ländern durchgeführte Studie zeigte, dass bei mehr als 1,3 Millionen Kniegelenkersatzoperationen pro Jahr Knorpelprobleme der Hauptfaktor waren.

Obwohl es auch andere Eingriffe gibt, die helfen können, wie zum Beispiel die Schaffung von Mikrofrakturen zur Stimulierung der Knorpelreparatur, führen diese Eingriffe oft zum Wachstum des falschen Knorpeltyps – zähem, faserigem Knorpel. Faserknorpel – Er liebt Knorpeliges Narbengewebe – Anstelle des weichen, flexiblen hyaliner Knorpels, der die Gelenke bedeckt.

Eine mögliche Behandlung, an deren Verbesserung Wissenschaftler arbeiten, ist der Einsatz von Stents bei Knorpeldefekten, die das Wachstum von hyalinem Knorpel unterstützen. Diese Option hat sich bei kleinen Säugetieren wie Mäusen als erfolgreich erwiesen, scheitert jedoch bei größeren Säugetieren, wahrscheinlich aufgrund des größeren Drucks und der größeren Kräfte, die auf die Gelenke größerer Tiere einwirken.

Staub und seinen Kollegen ist es gelungen, ein Material zu entwickeln, das dieses gravierende Problem offenbar lösen kann. Es handelt sich um ein Zweikomponenten-Biomaterial.

Das erste ist ein Peptidmolekül, das an ein sogenanntes Protein bindet Transformierender Wachstumsfaktor Beta-1das eine entscheidende Rolle beim Zellwachstum und der Zellteilung spielt, insbesondere im Skelett, wo es das Wachstum von Knochen und Knorpel reguliert.

Die zweite Komponente ist Hyaluronsäuredas Sie vielleicht von den von Ihnen verwendeten Hautpflegeprodukten kennen – es hilft Ihrer Haut, weich zu bleiben, indem es Feuchtigkeit speichert. Es kommt auch in Gelenken und Knorpeln vor, wo es als Gleitmittel fungiert und eine Rolle bei der Wundheilung spielt.

In Reagenzglasexperimenten fanden Forscher heraus, dass dieses Hybridmaterial die chondrogene Differenzierung – die Vermehrung von Knorpelzellen, sogenannten Chondrozyten – unterstützt. Sie bildeten Filamentbündel, eine normale Struktur, die man im Skelettmuskelgewebe findet.

Viele Forschungsmethoden haben im Labor den gleichen Punkt erreicht. Der eigentliche Test besteht darin, wie gut dieses Protein seinen Auswirkungen auf lebende Tiere standhält, die auf den Menschen angewendet werden können. Da Schafe ähnlichen mechanischen Einflüssen ausgesetzt sind wie Menschen, wurde der Test an Schafen durchgeführt.

Die Forscher entwickelten ihr Material zu einer Paste, die in Knorpeldefekte in den hinteren Kniegelenken von Schafen injiziert wurde. Die Forscher fügten in ihrer Studie bei jedem der Schafe kleine Löcher in beide Kniekehlen ein; Einem Knie wurde die Paste injiziert, das andere blieb zur Kontrolle unbehandelt.

Als das Tonmaterial mit dem Kalzium in den Schafsknochen in Kontakt kam, verhärtete es sich zu einer gummiartigen Matrix und es begannen sich Chondrozyten zu bilden, die wuchsen und das Loch füllten, das durch den Verfall des Gerüsts entstanden war. Der Knorpel war vom entsprechenden Typ: hyaline. Innerhalb weniger Wochen zeigten die behandelten Defekte eine deutliche Verbesserung, insbesondere im Vergleich zu den Kontrollen.

Eine ähnliche Behandlung könnte bei der Behandlung von Menschen wirksamer sein. Man kann Schafen nicht sagen, dass sie sich ausruhen und ihr verletztes Bein entlasten müssen, während Patienten, die wegen Knorpelverletzungen behandelt werden, nach der Operation oft bewegungsunfähig sind.

Natürlich ist noch mehr Forschung und Entwicklung erforderlich, und dann muss das Verfahren klinische Tests am Menschen durchlaufen. Die Ergebnisse versprechen jedoch, dass eines Tages eine Behandlung verfügbar sein wird, die dazu beitragen würde, den Bedarf an invasiveren und weniger wirksamen Optionen zu verringern.

„Durch die Regeneration des hyaliner Knorpels“ sagt Staub„Unser Ansatz muss verschleißfester sein und das Problem der eingeschränkten Beweglichkeit und der Gelenkschmerzen langfristig beheben, ohne dass das Gelenk mit großen Teilen wieder aufgebaut werden muss.“

Die Forschung wurde veröffentlicht in Verfahren der Nationalen Akademie der Wissenschaften.