Die Forscher verwendeten den gleichen biologisch abbaubaren Kunststoff, der auch in chirurgischem Nahtmaterial zu finden ist, um einen Modellmeniskus in 3D auszudrucken. Sie beluden die Replik mit Proteinen, die wie ein Magnet für Stammzellen wirken, und zogen sie aus dem Knochenmark zu ihm. Die Forscher beluden das Modell auch mit Wachstumsfaktoren. Diese halfen, die Stammzellen dazu anzuregen, sich zu den spezialisierten Kollagenen und Fasern zu entwickeln, aus denen der Knorpel besteht.
Als sie die Geräte bei sieben Schafen am unverletzten Teil des Meniskus befestigten, wuchsen die Stammzellen zu einem neuen, gesunden Gewebefleck heran. Schafe haben Kniegelenke, die den menschlichen Knien sehr ähnlich sind.
Zwölf Wochen nach der Operation tummelten sich die Schafe wieder mit voller Beweglichkeit. Die Plastik hatte sich vollständig aufgelöst.
Den Körper lehren, sich selbst zu heilen
Das Gerät aus biologisch abbaubarem Kunststoff verfügt über eingebaute chemische Hinweise, mit denen Ärzte kontrollieren können, wohin und wann die Wachstumsfaktoren gehen. Dadurch erhält das Knie eine Blaupause, wie es sich selbst wieder aufbauen kann.
„Wir können den Ort und auch den Zeitpunkt des Wachstumsfaktors kontrollieren und die körpereigenen Stammzellen rekrutieren, und sie verwandeln sich in verschiedene Gewebetypen“, sagte der Autor Chang H. Lee, ein Assistenzprofessor für kraniofaziales Engineering an der Columbia University.
Warum brauchen sie überhaupt ein Kunststoffgerüst? Wenn Ärzte versuchen, Stammzellen einfach in das Gelenk zu injizieren, können sie im Blutkreislauf mitgerissen werden, bevor sie notwendige Reparaturen vornehmen können. Das „Abziehen“ oder das Ziehen der körpereigenen Stammzellen zu einem medizinischen Pflaster, wie es die Forscher in dieser Studie taten, ist nur eine Möglichkeit, um sicherzustellen, dass die Zellen an Ort und Stelle bleiben.
„Man kann sie nicht einfach in das Gelenk injizieren, denn sie wandern weg und hören auf, Meniskus zu sein“, sagte der leitende Autor Jeremy Mao. Mao ist Ko-Direktor des Zentrums für kraniofaziale Regeneration an der Columbia University.
Behandlung steht kurz vor dem Einsatz beim Menschen
Laut Dr. Benjamin Ma, Professor für orthopädische Chirurgie an der Universität von Kalifornien in San Francisco, sind Stammzellen „sehr, sehr nah dran“, um beim Menschen zur Reparatur beschädigter Knie eingesetzt zu werden. Ma war an der Studie nicht beteiligt.
Aber es wird noch lange dauern, bis die Kniegelenkersatzoperation den Weg des Dodo geht, sagte Ma.
Ohne gesunden Knorpel zur Polsterung der Knochen, die im Kniegelenk aufeinander treffen, werden die Knochen zerschlagen und verformt. Daran kann ein neuer Meniskus nichts ändern.
„Stammzellen können den Prozess im Moment nicht umkehren“, sagte Ma. „Sie können den Schaden, der angerichtet wurde, nicht rückgängig machen.“
Menschen mit neuen Verletzungen werden die ersten sein, die den Wechsel haben, um geschädigten Knorpel nachwachsen zu lassen. Das könnte laut Ma innerhalb weniger Jahre geschehen.
Doch zunächst müssen die Columbia-Forscher die Wirksamkeit der Technik an einer größeren Testgruppe von Schafen nachweisen.
Mehr Stammzellen-Nachrichten: Reparieren der Hornhaut
In einer weiteren Stammzellenstudie in derselben Ausgabe von Science Translational Medicine schlagen Forscher vor, dass Ärzte mit einem kleinen chirurgischen Eingriff in der Lage sein könnten, Stammzellen aus dem Auge zu verwenden, um eine verletzte Hornhaut zu ersetzen.
Hornhautverletzungen verursachen Narben, die die Sehkraft beeinträchtigen. Ärzte behandeln das Problem mit Hornhauttransplantationen, aber es gibt nicht genügend Spenderhornhäute, um sie zu umgehen. Die Transplantationschirurgie ist auch invasiv.
Die Forscher fanden heraus, dass sie Stammzellen von einer anderen Stelle im Auge entnehmen und sie im Labor im eigenen Serum des Patienten züchten konnten. Sie konnten sie dann auf die verletzte Hornhaut aufbringen. Die Hornhaut heilte sich selbst mit gesundem Gewebe anstelle von Narbengewebe.
„Da bei diesem Ansatz patienteneigene Zellen verwendet werden, die im eigenen Serum gezüchtet werden, und die Hornhaut nur geringfügig oberflächlich manipuliert wird, glauben wir, dass er eine Alternative zur Hornhauttransplantation darstellt, die weniger invasiv ist und ein geringeres Komplikations- und Abstoßungsrisiko aufweist“, sagte der leitende Autor James Funderburgh, Professor für Augenheilkunde an der Columbia University.
Diese Studie wurde mit Mäusen durchgeführt, aber Forscher in Indien führen bereits einen Versuch durch, um die Sicherheit am Menschen zu testen.
