Bandscheibe

Zellforschung:

Bandscheibe aus dem Labor

Eine neue Bandscheibe aus körpereigenem Fettgewebe züchten? Klingt nach Science-Fiction, ist aber möglich, wie Forschungen im  Orthopädischen Spital Speising zeigen. 

Stammzellen sind ganz besondere Zellen. Sie können sich endlos teilen, um neue Stammzellen zu bilden, und sich zu verschiedenen Zelltypen zu spezialisieren. Diese Fähigkeiten machen sich Forscher zunutze, um gezielt biologisches, also körpereigenes Ersatzgewebe, im Labor herzustellen. Gesund&fit hat einen Blick in das Zelllabor am Wirbelsäulenzentrum des Orthopädischen  Spital Speising geworfen, um mehr über die Vision einer biologisch gezüchteten Bandscheibe zu erfahren.  Lebendige Implantate, die in den benachbarten Knochen einwachsen und am Stoffwechsel teilnehmen, sollen in Zukunft Bandscheibenprothesen aus Metall ersetzen.    

Aus dem Zelllabor: 1/4
Stammzellen:
Stammzellen sind ganz spezielle Zellen, die sich asymmetrisch teilen. Das heißt, sie teilen sich nicht wie eine reife Körperzelle in zwei gleiche Zellen, sondern in eine weitere Stammzelle sowie eine Zelle, die sich ausdifferenziert und zum Gewebe entwickelt. Aus der Stammzelle lassen sich unterschiedliche Gewebe herstellen (Knochen, Knorpel, Muskeln, Sehnen, Fett etc.).

Bandscheibe aus Fettgewebe

Stammzellen sind nicht nur im Blut der Nabelschnur oder im Knochenmark, sondern auch im Fettgewebe enthalten. „Für die Herstellung eines biologischen Implantates gibt es zwei Methoden“, erklärt DDr. Claudia Eder, Biologin und Orthopädin im Orthopädischen Spital Speising. Bei der herkömmlichen Methode werden kleine Mengen Fettgewebe entnommen, in die Einzelzellen zerlegt, vermehrt und in Bandscheibenzellen umgewandelt. Auf einem körperfremden Trägermaterial (tierisches oder synthetisches Material), das Form und Struktur des Bandscheibenimplantats vorgibt, reifen sie schließlich aus. „Wir haben eine neue Methode entwickelt, die diesen Vorgang beschleunigt“, so die Zellforscherin. Dabei nehmen die Forscher das Fettgewebe als Ganzes, schneiden es auf Bandscheibengröße zu und differenzieren die Zellen. Der große Vorteil neben der Zeitersparnis: Es ist kein Fremdmaterial erforderlich.

Herkömmliche Methode 1/6
Schritt 1
Körpereigenes Fettgewebe wird entnommen, in die Einzelzellen zerlegt und die Zelllösung in eine Kulturflasche überführt. Da sich Stammzellen, die in den Fettzellen natürlich vorkommen, an der Plastikoberfläche ansetzen, können sie von den anderen Zellen isoliert werden.   

© Spital Speising

Speisinger Methode

Mit Zellen kommunizieren

Wie können wir den Stammzellen mitteilen, sich zu Bandscheibenzellen zu differenzieren? „Dies erfolgt im Körper entweder mechanisch über Belastung oder chemisch über diverse Signalmoleküle“, erklärt die Expertin. Im Labor funktioniert das ebenso. „Setze ich Fettgewebe regelmäßig bestimmten Zugkräften aus, kann ich es ohne viele Signalmoleküle dazu bringen, sich Richtung Sehne zu entwickeln. Wir hier kommunizieren aber chemisch“, so DDr. Eder. Über spezielle Zusätze in dem Nährmedium, in das die Zellen gesetzt werden, aber auch über die Form (Knorpel braucht eine dreidimensionale Form) wird den Zellen mitgeteilt, sich zu Bandscheibengewebe zu entwickeln.

Erfolgreiche Zwischenergebnisse

In drei bis sechs Wochen entsteht aus dem kleinen Stück Fettgewebe eine Miniaturbandscheibe. Bis aus dem kleinen weißen Kügelchen eine einsatzfähige Bandscheibe wird, ist es noch ein weiter Weg. „Der nächste Schritt ist, zu schauen, ob wir auch Knorpel in der entsprechenden Größe herstellen können“, so DDr. Eder. Wie lange das dauern wird, ist noch nicht abschätzbar. „Bei jedem anderen Gewebe hätte ich gesagt, es ist ein großes Problem, da wir Blutgefäße brauchen. Bei der Bandscheibe ist es nicht so“, erklärt die Expertin. Die Bandscheibe ist die größte nicht durchblutete Struktur im Körper und die Nährstoffversorgung erfolgt ähnlich wie im Labor. Die Blutgefäße docken nur am äußeren Rand an, der unter Laborbedingungen direkten Kontakt zum Nährmedium hat. Die Versorgung der Bandscheibe bis ins Innere erfolgt durch Diffusion (Nährstofftransport aufgrund eines Konzentrationsgefälles zwischen „innen“ und „außen“). „Zusammen mit der Überlegung, dass die Zellen über die Fetttröpfchen ihr eigenes Fresspaket mithaben, auch innen im Gewebe, könnte dies sehr schnell gehen.  Oder ich liege ganz falsch und es dauert Jahre“, so die Forscherin. Ist dieser Schritt geschafft, wartet die größte Herausforderung: Wie hält man das biologische Bandscheibenimplantat im Körper am Leben? Wie dockt man an die Gefäßversorgung an? Das wird vor allem dann schwierig, wenn der Bandscheibenpatient schon älter ist, eventuell raucht, vielleicht Diabetes, Übergewicht oder bereits ein Gefäßproblem mitbringt.

Zellen einfrieren

Ein weiterer Erfolg der Zellforscher: Zellen von Erwachsenen lassen sich über Jahre – im Test waren es drei – in flüssigem Stickstoff einfrieren und später ohne Qualitätsverlust „auftauen“. Das ist vor allem dann sinnvoll, wenn man im Rahmen einer Operation an Zellen herankommt, deren Gewinnung sonst schwierig ist, sowieso Gewebe anfallen würde und dem Patienten einen weiteren Eingriff erspart. Das können Stammzellen sein, aber auch Knochen. Gerade körpereigener Knochen kann heikel werden, da im Rahmen einer Wirbelsäulenoperation nicht immer ausreichend Knochen gewonnen werden kann. „Ich glaube,  dass die Gewebebanken ein spannendes Thema werden“, so DDr. Eder.