Wissenschaftler der Northwestern University haben ein neues bioaktives Material entwickelt, das erfolgreich hochwertigen Knorpel in den Kniegelenken eines Großtiermodells regenerierte.
„Knorpel ist ein wichtiger Bestandteil unserer Gelenke“, sagte Samuel Stupp von der Northwestern University , der die Studie leitete. „Wenn Knorpel mit der Zeit beschädigt oder abgebaut wird, kann dies erhebliche Auswirkungen auf die allgemeine Gesundheit und Mobilität der Menschen haben. Das Problem ist, dass Knorpel bei erwachsenen Menschen nicht die Fähigkeit besitzt, zu heilen. Unsere neue Therapie kann die Reparatur eines Gewebes herbeiführen, das sich nicht auf natürliche Weise regeneriert.“ Stupp ist ein Pionier der regenerativen Nanomedizin und Professor für Materialwissenschaft und Werkstofftechnik, Chemie, Medizin und Biomedizintechnik an der Northwestern University
Reparieren statt Ersetzen
In der neuen Studie wendeten die Forscher das Material auf beschädigten Knorpel in den Kniegelenken der Tiere an. Innerhalb von nur sechs Monaten beobachteten sie Anzeichen einer verbesserten Reparatur, einschließlich des Wachstums von neuem Knorpel, der die natürlichen Biopolymere (Kollagen II und Proteoglykane) enthält, die eine schmerzfreie mechanische Belastbarkeit der Gelenke ermöglichen.
Das neue Biomaterial besteht aus zwei Komponenten: einem bioaktiven Peptid, das an den transformierenden Wachstumsfaktor Beta-1 (TGFb-1) bindet – ein essentielles Protein für Knorpelwachstum und -erhalt – und modifizierter Hyaluronsäure, einem natürlichen Polysaccharid, das im Knorpel und in der schmierenden Synovialflüssigkeit in Gelenken vorkommt.
Hyaluronsäure und bioktive Peptide
„Viele Menschen kennen Hyaluronsäure, weil sie ein beliebter Inhaltsstoff in Hautpflegeprodukten ist“, sagte Stupp. „Sie kommt auch natürlicherweise in vielen Geweben des menschlichen Körpers vor, einschließlich der Gelenke und des Gehirns. Wir haben sie ausgewählt, weil sie den natürlichen Polymeren im Knorpel ähnelt.“
Stupps Team integrierte das bioaktive Peptid und chemisch modifizierte Hyaluronsäurepartikel, um die Selbstorganisation von Nanofasern zu Bündeln anzutreiben, die die natürliche Struktur von Knorpel nachahmen. Ziel war es, ein attraktives Gerüst für körpereigene Zellen zur Regeneration von Knorpelgewebe zu schaffen. Durch bioaktive Signale in den Nanofasern fördert das Material die Knorpelreparatur durch die Zellen, die das Gerüst bevölkern.
Bei Schafen erfolgreich
Im Schafmodell injizierten die Forscher das dicke, pastenartige Material in Knorpeldefekte, wo es sich in eine gummiartige Matrix verwandelte. Während das Gerüst zerfiel, wuchs nicht nur neuer Knorpel, der den Defekt füllte, sondern das reparierte Gewebe war im Vergleich zur Kontrollgruppe durchweg von höherer Qualität. Die Studie an Schafen lässt besser Schlüsse auf das Ansprechen beim Menschen zu als Kleintier-Modelle. Dort erfolgt die Knorpel-Regeneration viel schneller
Mit weiterer Forschung könnte das neue Material eines Tages möglicherweise dazu eingesetzt werden, Knieoperationen zu vermeiden, degenerative Erkrankungen wie Osteoarthritis zu behandeln und Sportverletzungen wie Kreuzbandrisse zu reparieren.
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