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Wissenschaftler lassen Knieknorpel mithilfe von Nanofasergerüsten und elektrischem Strom erfolgreich nachwachsen

Wissenschaftler lassen Knieknorpel mithilfe von Nanofasergerüsten und elektrischem Strom erfolgreich nachwachsen
  • Bioingenieure regenerieren Knorpel im Knie eines Kaninchens, was vielversprechend für die Heilung von Gelenken sein könnte, wenn die Ergebnisse auf den Menschen übertragen werden. 

  • Die beste Behandlung für verlorenen Gelenkknorpel besteht darin, den beschädigten Knorpel durch ein gesundes Stück aus dem Körper oder von einem Spender zu ersetzen. Aber gesunder Knorpel ist nur begrenzt vorhanden.

  • Jetzt versuchen Forscher, Knorpel im Gelenk selbst zu regenerieren und haben herausgefunden, dass elektrische Signale der Schlüssel zu normalem Wachstum sind. 

  • Sie entwarfen ein Gewebegerüst aus Nanofasern, die über eine Eigenschaft namens Piezoelektrizität verfügen. Piezoelektrizität ist ein Phänomen, das auch im menschlichen Körper existiert. Knochen, Knorpel, Kollagen, DNA und verschiedene Proteine ​​reagieren piezoelektrisch.

  • Wenn das Gerüst zusammengedrückt wird (wie bei einer normalen Gelenkbewegung), erzeugt es einen kleinen elektrischen Stromstoß, der die Zellen dazu anregt, es zu besiedeln und zu Knorpel zu wachsen.

  • Das Team testete das Gerüst erfolgreich im Knie eines verletzten Kaninchens und stellte fest, dass der Knorpel normal nachwuchs.

Dieser Artikel wurde auf EurekAlert.org veröffentlicht: [Inhalt oder Länge können bearbeitet werden]

Den Bioingenieuren von UConn ist es gelungen, Knorpel im Knie eines Kaninchens nachwachsen zu lassen, ein vielversprechender Schritt zur Heilung von Gelenken beim Menschen, berichten sie in der Ausgabe von Science Translational Medicine vom 12. Januar.

Normalerweise polstern Knorpelpolster [unsere Gelenke], aber Verletzungen oder das Alter können sie abnutzen. Wenn der Knorpel abgebaut wird, stößt der Knochen auf den Knochen und alltägliche Aktivitäten wie Gehen werden furchtbar schmerzhaft.

Die besten verfügbaren Behandlungen versuchen, den beschädigten Knorpel durch ein gesundes Stück von einer anderen Stelle im Körper oder durch einen Spender zu ersetzen. Aber gesunder Knorpel ist nur begrenzt vorhanden. Wenn es Ihr eigenes ist, könnte eine Transplantation den Ort, von dem es entnommen wurde, beschädigen; Wenn es von jemand anderem stammt, wird Ihr Immunsystem es wahrscheinlich abstoßen.

Die bestmögliche Behandlung wäre, gesunden Knorpel im beschädigten Gelenk selbst nachwachsen zu lassen. Einige Forscher haben versucht, chemische Wachstumsfaktoren zu verstärken, um den Körper dazu zu bringen, selbst Knorpel zu bilden. Andere Versuche basieren auf einem biotechnologisch hergestellten Gerüst, um dem Körper eine Vorlage für das frische Gewebe zu geben. Aber keiner dieser Ansätze funktioniert, auch nicht in Kombination.

„Der nachgewachsene Knorpel verhält sich nicht wie einheimischer Knorpel. Es bricht unter der normalen Belastung des Gelenks“, sagt UConn-Bioingenieur Thanh Nguyen.

Nguyens Labor hat auch an der Knorpelregeneration gearbeitet und dabei herausgefunden, dass elektrische Signale für normales Wachstum von entscheidender Bedeutung sind. Sie entwarfen ein Gewebegerüst aus Nanofasern von Poly-L-Milchsäure (PLLA), einem biologisch abbaubaren Polymer, das häufig zum Nähen chirurgischer Wunden verwendet wird. Das Nanomaterial verfügt über eine nette Eigenschaft namens Piezoelektrizität. Wenn es zusammengedrückt wird, erzeugt es einen kleinen elektrischen Stromstoß. Die regelmäßige Bewegung eines Gelenks, beispielsweise beim Gehen einer Person, kann dazu führen, dass das PLLA-Gerüst ein schwaches, aber stetiges elektrisches Feld erzeugt, das Zellen dazu anregt, es zu besiedeln und zu Knorpel zu wachsen. Es sind keine externen Wachstumsfaktoren oder Stammzellen (die potenziell toxisch sind oder das Risiko unerwünschter Nebenwirkungen bergen) erforderlich, und entscheidend ist, dass der wachsende Knorpel mechanisch robust ist.

Das Team testete kürzlich das Gerüst im Knie eines verletzten Kaninchens. Nachdem das Gerüst implantiert worden war, durfte das Kaninchen zum Trainieren auf ein Laufband hüpfen, und wie vorhergesagt wuchs der Knorpel normal nach. „Piezoelektrizität ist ein Phänomen, das auch im menschlichen Körper existiert. Knochen, Knorpel, Kollagen, DNA und verschiedene Proteine ​​reagieren piezoelektrisch. Unser Ansatz zur Heilung von Knorpel ist hochgradig klinisch translational und wir werden den damit verbundenen Heilungsmechanismus untersuchen“, sagt Dr. Yang Liu, Postdoktorand in Nguyens Gruppe und Hauptautor der veröffentlichten Arbeit.

Die Ergebnisse sind aufregend, aber Nguyen ist vorsichtig.

„Das ist ein faszinierendes Ergebnis, aber wir müssen es an einem größeren Tier testen“, sagt Nguyen, eines, dessen Größe und Gewicht eher einem Menschen ähneln. Sein Labor möchte die behandelten Tiere mindestens ein, wahrscheinlich zwei Jahre lang beobachten, um sicherzustellen, dass der Knorpel haltbar ist. Und es wäre ideal, die PLLA-Gerüste auch bei älteren Tieren zu testen. Arthritis ist normalerweise eine Alterserkrankung des Menschen. Junge Tiere heilen leichter als alte – wenn das piezoelektrische Gerüst auch älteren Tieren bei der Heilung hilft, könnte es wirklich ein biotechnologischer Durchbruch sein. 



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