76 | MEDIZIN HILFE FÜR DAS SCHMERZENDE KNIE? Körpereigene Knorpelzellen aus dem 3-D-Drucker Die Degeneration von Knorpel im Kniegelenk kann im Alter zu Arthrose führen, für die es aktuell keine wirksame Therapie gibt. Zwei Brandenburger Forschungsinstitute wollen das Problem jetzt mit personalisierten Knorpelzellimplantaten aus dem 3-D-Drucker lösen. Dafür werden spezielle Drucktinten entwickelt, die körpereigene Knorpelzellen enthalten. Das vierjährige Projekt des Fraunhofer-Instituts für Angewandte Polymerforschung IAP und der Brandenburgischen Technischen Universität Cottbus-Senftenberg (BTU) wird mit rund zwei Millionen Euro durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert. Knorpelschäden im Knie oder anderen Gelenken zeigen nur eine geringe Fähigkeit zur Selbstheilung, denn Knorpel besitzt keine Blutgefäße. Eine bewährte Methode zur Behandlung solcher Defekte ist die Transplantation von körpereigenen Knorpelzellen. Hierbei werden gesunde Knorpelzellen aus einem weniger beanspruchten Bereich des betroffenen Gelenks entnommen, im Labor vermehrt und anschließend in den geschädigten Bereich des Knorpels transplantiert. Obwohl diese Technik dazu beiträgt, Schmerzen zu lindern, die Gelenkfunktion zu verbessern und das Fortschreiten von Knorpelschäden zu verlangsamen, ist sie nicht in allen Fällen anwendbar. Insbesondere für größere Knorpeldefekte wird nach Alternativen gesucht. Der 3-D-Biodruck, auch Bioprinting genannt, eröffnet hier enorme Potenziale. Diese Fertigungstechnologie ermöglicht es, biologisches Gewebe in einem dreidimensionalen Format herzustellen. Wie bei herkömmlichen Verfahren der additiven Fertigung werden beim 3-D-Biodruck Schichten von Materialien zu einer bestimmten Struktur aufgebaut. Allerdings werden als Drucktinten Biomaterialien verwendet, in die lebende Zellen eingebettet sein können. Biotinten für den 3-D-Biodruck „Im Projekt BioPol-3D entwickeln wir Tinten für den 3-D-Biodruck, die bereits die Knorpelzellen der Patientin oder des Patienten enthalten. Die Zellen sind dabei in ein Hydrogel eingebettet. Diese Biotinten können während oder nach dem Druck vernetzt oder stabilisiert werden, um die gewünschte Form und Struktur zu erzeugen“, erklärt Professor Ruben R. Rosencrantz, Leiter des Forschungsbereichs „Life Science und Bioprozesse“ am Fraunhofer IAP und Inhaber des Lehrstuhls „Biofunktionelle Polymermaterialien“ an der BTU. Als Hydrogelmatrix setzen die Forscherinnen und Forscher unter anderem auf Glykopolymere. Diese werden eigens synthetisiert und eignen sich den Forschern zufolge hervorragend dafür, die natürliche Umgebung von Knorpelzellen im Körper nachzubilden. Bislang kamen Glykopolymere jedoch Personalisierte Knorpelzellimplantate aus dem 3-D-Drucker sollen zukünftig defekten Knorpel ersetzen. Die dabei verwendete Druckertinte enthält körpereigene Knorpelzellen. Foto: Fraunhofer IAP / Jadwiga Galties zm114 Nr. 18, 16.09.2024, (1542)
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