Ein rein biologisches Ersatzteil

News: Ein rein biologisches Ersatzteil

Zum ersten Male ist es gelungen, ein Blutgefäß komplett aus menschlichen Zellen herzustellen. Für die Form wurden keine synthetischen Gerüste benötigt. Solche Ersatz-Blutgefäße könnten für Patienten eingesetzt werden, bei denen eine Bypass-Operation notwendig ist.

„Das Blutgefäß weist dieselben Funktionen auf wie echtes Gewebe, sieht auch so aus und fühlt sich so an“, sagte Nicolas L'Heureux, ein wissenschaftlicher Mitarbeiter an der University of California, San Diego School of Engineering (UC San Diego). Die Untersuchungen wurden am Laboratoire d' Organogenese Experimentale (LOEX) an der Laval University School of Medicine in Quebec von L'Heureux, Lucie Germain, Raymond Labbe und Francois Auger durchgeführt. Obwohl Forscher bereits in der Vergangenheit versucht haben, vollständig biologische Blutgefäße zu erzeugen, schlug deren Arbeit fehl, weil die technisch erzeugten Blutgefäße zu schwach waren, um dem Blutdruck im Körper standzuhalten, und nach der Implantation bersten würden. Die kanadischen Forscher stellten ein Blutgefäß aus menschlichen Zellen her und implantierten es für eine Woche in einen Hund. Das Transplantat erwies sich als stark genug und ließ Blut durchfließen. Die Studien zeigten, daß das vollständig natürliche Gewebe widerstandsfähig genug war, um beinahe das 20fache des normalen menschlichen Blutdrucks auszuhalten (Magazin der Federation of American Societies for Experimental Biology vom Januar 1998).

„Wir glauben, daß dies einen fundamentalen Durchbruch darstellt, der zur künstlichen Herstellung einer Vielzahl von Geweben führen könnte“, sagte John Frangos, Professor für Biotechnik an der UC San Diego.

Derzeit wird das meiste künstlich hergestellte Gewebe für Haut, Blutgefäße und Knorpel auf Gerüsten aus synthetischen Materialien oder Tierprodukten aufgebaut. Diese extrazelluläre Matrix gibt dem Gewebe Gestalt und Form. Menschliche Zellen wie Fibroblasten und Muskelzellen werden in die künstliche Verschalung eingebracht. Schließlich wachsen die menschlichen Zellen in das biologisch abbaubare künstliche Material ein und bedecken es mit extrazellulären Matrixproteinen.

Ein Gewebe, das komplett aus den eigenen Zellen des Patienten hergestellt wurde, bietet einige entscheidende Vorteile. „Wir vermeiden Immunreaktionen, die zu einer vollständigen Abstoßung führen, und wir verringern die Gefahr, daß der Körper mit einer chronischen Entzündung auf das Transplantat reagiert, die zur Bildung von vernarbtem Gewebe führt“, sagte L'Heureux. „Infolgedessen sind wir vielleicht eines Tages in der Lage, kleinere funktionale Gefäßtransplantate herzustellen, die perfekter zum natürlichen Blutgefäßdurchmesser passen und dadurch das Blutstromverhalten im Gefäß verbessern.“

Bei einer Bypass-Operation wird der verstopfte Abschnitt der Arterie durch ein Transplantat aus einer anderen Arterie oder einer Vene aus dem Bein des Patienten ersetzt. Allerdings hat diese Technik gewisse Nachteile. Ein Venentransplantat muß, um die Arbeit einer Arterie zu erledigen, zusätzliche Muskeln bilden, die schließlich das Transplantat verstopfen können. Patienten benötigen daher oft eine erneute Bypass-Operation, und in vielen Fällen besitzt der Patient nicht genügend gesundes Gewebe für weitere Transplantate. Darüberhinaus kann Atherosklerose periphere Blutgefäße verstopfen, zum Beispiel die Blutgefäße in wichtigen Arterien der Beine. In all diesen Fällen könnten technisch hergestellte Gefäßtransplantate eingesetzt werden.

Der Schlüssel für die technische Herstellung von vollständig biologischem Gewebe ist das Design des Bioreaktors. Die LOEX-Technik funktioniert, indem Fibroblasten aus den Haut- und glatten Muskelzellen des Empfängers aus einer oberflächennahen Vene entnommen werden. Diese zellulären Bausteine erzeugen Collagen und andere Proteine, die sich miteinander verflechten und so eine starke und flexible tuchähnliche Matrix bilden. Das „Tuch“ wird dann um eine Röhre gewickelt, um ihm die Form eines Blutgefäßes zu geben. Die Röhre wird in einen Bioreaktor gelegt, in dem eine Nährflüssigkeit aus Aminosäuren und Vitaminen durch und um die Gefäße herum fließt. Temperatur, pH-Wert, Atmosphäre und Nährsubstanzmischung werden sorgfältig kontrolliert. Schließlich werden endotheliale Zellen, die die Blutgefäßwand bilden, in die Proteinmatrix eingebracht, und die Röhre wird entfernt.

„Die biochemische und mechanische Umgebung kann die Gen-Expression beeinflussen und das Verhalten der Zelle grundlegend ändern“, sagte L'Heureux. „Durch den Bioreaktor ahmen wir die Körperumgebung nach und verwandeln die Hautzellen in Blutgefäßzellen.“

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