Mögliche Behandlung von Arthritis durch 3D gedruckten Knorpel

Bei Arthritis wird das Knorpelgewebe der Gelenke einer Person immer weiter abgebaut, dadurch entstehen große Schmerzen, weil Knochen auf Knochen reiben können. Ungefähr 10 Prozent der Bevölkerung haben ein Problem mit Arthritis. Professor Jos Malda und das UMC Utrecht, Niederlande, forschen im Rahmen des 3D-JOINT-PROJEKT an einem Gewebe, welches zerstörten Knorpel wiederaufbauen kann.

Es ist bereits möglich durch gezüchtete Stammzellen, Gewebe dreidimensional zu drucken wie zum Beispiel den Knorpel eines Knies. Aber dieses Gewebe muss auch vom Körper angenommen werden und hier wird es kompliziert. Der zelluläre Aufbau und Halt muss, dem des Menschen möglichst genau entsprechen, damit der Körper dieses als seines anerkennt und es nicht abstößt.

“Der Druck ist nicht der letzte Schritt in der Biofabrikation, denn wenn man etwas in Form eines Herzens druckt, ist es kein Herz. Das gedruckte Konstrukt braucht Zeit und die richtigen chemischen und biophysikalischen Hinweise, um zu einem funktionellen Gewebe zu reifen “, sagte Professor Malda.

Verbesserung von Biotinte

Biotinte enthalten lebende Zellen, und einige Wissenschaftler verwenden Hydrogele, die aus wassergequollenen Polymernetzwerken bestehen, um den Prozess zu unterstützen. Hydrogele könne gut Stammzellen transportieren, haben aber eine geringere Festigkeit als Gewebe im menschlichen Körper. Professor Malda und sein Team haben mit Zusatzstoffen experimentiert um das Gel stärker zu machen, um dieses als Knorpelgewebe zu verwenden.

Professor Malda sagte: “Die Verstärkung des Hydrogels macht es stärker – genauso wie Stahlstäbe mit weichem Zement kombiniert werden, um den Stahlbeton zu schaffen, der die Fundamente unserer Häuser bildet.”

Durch das Schmelz-Elektro-Schreib-Verfahren können sehr feine Strukturen gedruckt werden. Bei diesem Verfahren wird ein biologisch abbaubarer Kunststoff in eine Form geschmolzen um Mikrofasern zu erzeugen. Das Ziel ist es am Ende ein komplettes Gelenk 3D zu drucken, dafür muss der Prozess aber verbessert werden um größere Strukturen zu erzeugen. Es wird mit unterschiedlichen Materialien geforscht um nicht nur Knorpel sondern auch Knochen ersetzen zu können.

Professor Malda sagte: “Die Kombination des Hydrogels mit den Fasern wirkt synergetisch und erhöht die Festigkeit des Komposits um das 50-fache, während die Zellen weiterhin extrazelluläre Matrix erzeugen und zu einem knorpelähnlichen Gewebe reifen können.”

Forschung aus Irland

Auch am Trinity College Dublin wird an der Biotinte geforscht. Professor Daniel Kelly hat bereits an der Knochenreparatur durch 3D Druckverfahren geforscht und arbeitet im Rahmen des Gelenkdruck-Projektes an einer Möglichkeit, beschädigtes Gewebe im Körper zu reparieren.

“Ich denke, Bioprinting wird zwei Hauptanwendungen haben. Erstens als Quelle neuer Gewebe und Organe in der regenerativen Medizin. Zweitens, als ein Instrument, um menschliche Krankheiten besser zu verstehen und die Sicherheit und Wirksamkeit neuer Medikamente gegen diese Krankheiten zu testen. “

Durch die entwickelte Biotinte sollen die Stammzellen unterstützt werden, neuen Knorpel zu erzeugen. Das gedruckte Implantat soll in der Lage sein jegliches Gewebe zu fixieren und zur Heilung anzuregen. Abhängig davon wo das Gelenk im Körper angebracht werden soll, sind die Anforderungen unterschiedlich, deshalb verwendet Kelly 3D Modulierung um das Gewebe vorab zu testen. Er kann durch dieses Verfahren das Gewebe noch besser an den Patienten anpassen und hat dadurch eine größere Wahrscheinlichkeit, dass der Knorpel vom Körper angenommen wird.