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Tissue Engineering Labors

Der Forschungsschwerpunkt des Tissue Engineering Labors, welches dem Institut für chirurgische Forschung und Spitalmanagement angehört, liegt in der Züchtung von Knorpel- und Knochengewebe sowie der Entwicklung und Anwendung von Bioreaktoren, Geräten zur Gewebezüchtung.

Ein stetig zunehmendes Lebensalter führt dazu, dass immer mehr Menschen von degenerativen Krankheiten (Abnutzungserscheinungen) wie z.B. Arthrose oder anderen Alterserkrankungen wie Osteoporose betroffen sind. Auch Personen im mittleren Alter sind immer häufiger von abnutzungsbedingten Gelenkproblemen betroffen, die Schmerzen verursachen und die Beweglichkeit einschränken. Die heutigen Therapien können oft nur die Symptome (Schmerzlinderung) bekämpfen, jedoch nicht die Gewebe reparieren und die ursprüngliche Beweglichkeit wieder herstellen.

Tissue Engineering ist die Anwendung von Prinzipien und Methoden der Ingenieurs- und Naturwissenschaften zur Entwicklung von Ersatzstoffen (Implantaten), um Gewebefunktionen wiederherzustellen, aufrechtzuerhalten oder zu verbessern. Bei diesem Prozess werden die gewünschten Zellen aus einer Gewebeprobe (Biopsie) isoliert, in Kultur (mit Nährmedien gefüllte Behälter) vermehrt und anschliessend auf ein spezielles Gerüst gesät. Das mit Zellen besiedelte Gerüst wird weiter kultiviert, bis das gewünschte Gewebe entstanden ist. Abhängig vom Gerüst und der Art der Zellen können so verschiedene Gewebe wie Knorpel und Knochen hergestellt werden. Für die Anwendung beim Menschen werden autologe (körpereigene) Zellen verwendet, um Abstossungsreaktionen zu vermeiden. Die gezüchteten Implantate können zukünftig für eine Vielzahl klinischer Anwendungen z.B. Gelenks- und Knochenreparatur angewandt werden.

Derzeit wird in Zusammenarbeit mit der Plastischen, Rekonstruktiven, Ästhetischen
und Handchirurgie des Universitätsspitals eine erste, von Swissmedic genehmigte, kli-nische Studie zur Rekonstruktion des Nasenflügels nach einer Tumorentfernung mit-tels gezüchteten Knorpels durchgeführt.

Zelltherapie für Knochendefekte

Implantate zur Knochenreparatur können mittels Stammzellen hergestellt werden, die aus dem Knochenmark oder dem Fettgewebe isoliert werden können. In Basel werden Stammzellen aus dem Fettgewebe verwendet, da sie in grösserer Menge und mit weniger Belastung für den Patienten gewonnen werden können. Zudem sind im Fettgewebe auch endotheliale Zellen vorhanden, die bei der Bildung der Blutgefässe eine wichtige Rolle spielen. Die Vaskularisierung (Gegenwart von Blutgefässen) von Knochen ist wichtig, um ein Absterben der Zellen im Innern von grossen Knochenstücken zu verhindern und ein gutes Knochenwachstum zu gewährleisten. Das Prinzip des Tissue Engineering kann vereinfacht werden, indem die Zellkulturphase verkürzt oder eleminiert wird. Bei diesem sogenannten intraoperativen Ansatz werden die Zellen während der Operation isoliert, auf das Gerüst gesät und sofort implantiert. Eine klinische Studie zur Behandlung von osteoporosebedingten Oberarmbrüchen mittels des intraoperativen Ansatzes ist derzeit bei der Ethikkommission eingereicht und wird durch diese beurteilt.

Zelltherapie für Knorpeldefekte

Implantate zur Heilung von Knorpel- bzw. Osteochondralen (Knochen-Knorpel) Defekten werden mit Hilfe von Knorpelzellen hergestellt, die z.B. aus der Nase oder den Gelenken entnommen werden können. In Basel werden aufgrund der besseren Qualität und der leichteren Entnahmemöglichkeit Knorpelzellen aus der Nase verwendet. Eine erste klinische Studie zur Rekonstruktion des Nasenflügels mittels gezüchteten Knorpels ist von Swissmedic genehmigt und wird momentan durchgeführt. Eine weitere klinische Studie zur Behandlung von Knorpeldefekten im Knie mittels gezüchteten nasalen Knorpelimplantaten ist derzeit in Planung und wird voraussichtlich 2011/2012 in Zusammenarbeit mit der Traumatologie starten.

Anwendung von Bioreaktoren zur Gewebezüchtung

Wichtige Faktoren bei der Anwendung des Tissue Engineering in der klinischen Routine sind vor allem Sicherheit und Kosten. Bioreaktoren, spezielle computergestützte Geräte, die eine kontrollierte Umgebung für die Gewebezüchtung bieten und gleichzeitig den Prozess automatisieren, ermöglichen durch die Vermeidung manueller Schritte eine reproduzierbare, kontrollierte, kosteneffiziente und sichere Herstellung künstlicher Gewebe. Die Entwicklung dieser Geräte ist ein weiterer Schwerpunkt der Forschung am Universitätsspital Basel. Zukünftig ist eine klinische Studie zur Rekonstruktion des Gelenkknorpels im Knie geplant, die Bioreaktoren zur Züchtung von Knorpelimplantaten verwendet anstatt der konventionellen Methoden des Tissue Engineering.

Institut für chirurgische Forschung und Spitalmanagemement ICFS

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