Knorpel im Labor gezüchtet: Neuer Therapie-Ansatz für Arthrose?
Hemmung des Signalweges des Proteins BMP führt links zur Bildung stabilen Knorpelgewebes (rot). In der Kontrollgruppe, rechts, entwickelte sich Knochengewebe (grün)
Arthrose ist ein weit verbreitetes Leiden: Ist der Knorpel in Knie-, Schulter- oder Hüftgelenk mit den Jahren abgenutzt, trifft Knochen auf Knochen. Das führt zu entzündlichen Veränderungen des Knochengewebes, die mit Schmerzen und Bewegungseinschränkung einhergehen.
Der menschliche Organsismus kann keinen neuen Knorpel bilden. Das gelang jetzt Forschern des Departements Biomedizin von Universität und Universitätsspital Basel: Sie stellten Knorpel im Labor her. Sie nutzten dafür Stammzllen aus dem Knochenmark von Erwachsenen.
Stammzellen reifen zu Knorpel- und später zu Knochenzellen heran
Mesenchymale Stamm- beziehungsweise Stromazellen sind Vorläuferzellen verschiedener Zelltypen. Bestimmte Zellen gelten dabei als äusserst vielversprechend für die Regeneration von Skelettgewebe: Diese adulten Stammzellen entwickeln sich zunächst zu Knorpelgewebe und dann natürlicherweise zu Knochengewebe weiter.
Auch wenn sie zur Differenzierung zu Knorpelzellen angeregt werden, reifen sie spontan zu einem so genannten hypertrophen Zustand heran, der schließlich zur Bildung von Knochengewebe führt. Dieses ähnelt dem vorübergehend neugebildeten Gewebe nach einer Fraktur.
Protein-Hemmer führen zur Bildung stabiler Knorpelzellen
Nun konnte die Forschungsgruppe um Prof. Ivan Martin zeigen, dass die Entwicklung von Gelenkknorpeln in Richtung stabiler Knorpelzellen programmiert werden kann. Dies gelingt, indem der Signalweg eines bestimmten Proteins (Bone Morphogenetic Protein, BMP) gehemmt wird. Seine Resultate erzielte das Basler Team in Zusammenarbeit mit Pharmaunternehmen Novartis, dessen Institute for Biomedical Research die Hemmstoffe (Inhibitoren) entwickelte und zur Verfügung stellte.
Konkret haben die Wissenschaftler zwei hochspezifische BMP-Rezeptor-Inhibitoren in einem Spezialgerät (mikrofluide Plattform) untersucht. Dieses wurde in Kooperation mit dem Politecnico di Milano entwickelt. Mit dieser neuen Technologie konnten sie zeigen, dass die vorübergehende Blockade spezifischer BMP-Rezeptoren -, wenn auch nur für eine begrenzte Zeit -, ausreicht, um stabiles Knorpelgewebe zu erhalten. Dies gelang sowohl im Labor als auch im Mausmodell.
Neuer Ansatz für Arthose-Therapie? Knorpel im Labor gezüchtet
Die Möglichkeit, Knorpel im Labor zu züchten, eröffnet neue Perspektiven für die Arthrose-Therapie - und bei der Etablierung von auf Stammzellen basierten Modellen in der Entwicklung, Physiologie und möglicherweise auch Pathologie des Knorpelgewebes, so die Wissenschaftler. Die entsprechende Studie wurde im Fachmagazin PNAS veröffentlicht.
Foto: Universität Basel, Departement Biomedizin
