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Ersatzorgane : Maßgeschneidertes Gewebe aus dem Labor

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Einzelne Zellen wachsen zu einem funktionsfähigen Verbund heran: Die Leber als Bioreaktor könnte die Forschung in Medizin und Pharmazie schneller und effektiver voran treiben. Ebenso hofft man auf neue Erkenntnisse zur Krebsbehandlung.

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          Im Schatten der Stammzelltherapie ist eine andere Art von Gewebeersatzverfahren, das Tissue-Engineering, in den vergangenen Jahren ein erhebliches Stück vorangekommen. Diese Fachrichtung nutzt Verfahren aus verschiedenen wissenschaftlichen Disziplinen - etwa der Zellbiologie, Biotechnologie und Materialwissenschaften - dazu, Gewebeverluste möglichst naturgetreu, aber ohne Verwendung von Spendergewebe zu beheben. Bei einer gängigen Methode werden dem Patienten einige Zellen des zu erneuernden Gewebes entnommen und auf einer den natürlichen anatomischen Verhältnissen entsprechenden Unterlage - bei Blutgefäßen etwa einem röhrenförmigen Gebilde - ausgesät. Zu einem späteren Zeitpunkt, wenn genügend neue Zellen entstanden sind, wird das Konstrukt implantiert.

          So einfach dieses Prinzip auch klingen mag, so hürdenreich hat sich seine Realisierung erwiesen. Denn viele Zellarten lassen sich nur schwer züchten, weil sie außerhalb des natürlichen Gewebeverbands absterben oder ihre Funktion verlieren und für den Gewebeersatz daher nicht mehr in Betracht kommen. Dank der Entwicklung von ausgetüftelten Kulturmedien, raffinierten Unterlagen für das Zellwachstum und neuartiger Werkstoffe gelingt es den Forschern inzwischen jedoch zunehmend besser, die bestehenden Hindernisse zu umschiffen. Der einschlägige Kenntniszuwachs hat dem Tissue-Engineering aber auch noch weitere aussichtsreiche Anwendungsgebiete eröffnet. So lassen sich anhand solcher Verfahren inzwischen mit menschlichen Zellen bestückte Bioreaktoren konstruieren, die es erlauben, die Funktion der Organe außerhalb des Körpers zu untersuchen.

          Ein funktionsfähiges Leberersatzgewebe

          Während sich einige Gewebearten, darunter Haut, Knorpel und Knochen, mittlerweile recht gut züchten lassen, bereitet die Herstellung so komplexer Gewebe wie der Leber den Forschern nach wie vor Kopfzerbrechen. Auch hier zeichnet sich neuerdings allerdings eine Wende ab. So scheint es Wissenschaftlern von der Universität Tokio gelungen zu sein, ein funktionsfähiges Leberersatzgewebe zu konstruieren. Bislang haben sie das Verfahren zwar erst an Tieren erprobt. Auf vergleichbare Weise angefertigte Augenhornhaut soll aber bereits klinisch angewandt werden. Wie Teruo Okano und die anderen Forscher in „Nature Medicine“ (Bd. 13, S. 880) schreiben, waren zwei Teilaspekte ihres Verfahrens für den Erfolg entscheidend. Dabei handelt es sich einerseits um die Wahl einer geeigneten Zellunterlage und andererseits um die Erzeugung eines Gefäßnetzes, das die Durchblutung des Transplantats sicherstellt. Als Haftgrundlage für die Zellen verwendeten die Forscher einen speziellen Kunststoff, der in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur seine chemischen Bindungseigenschaften verändert.

          Bei 37 Grad Celsius ist der Werkstoff leicht wasserabstoßend und bietet gemäß den Erfahrungen der Autoren geeignete Bedingungen für die Zucht von Leberzellen. Senkt man die Temperatur auf 32 Grad ab, zieht der Kunststoff vermehrt Wassermoleküle an und hat somit gleichsam keine Hand mehr frei, die Leberzellen festzuhalten. Diese lösen sich in der Folge vom Untergrund ab, ohne jedoch Schaden zu nehmen oder den zellulären Kontakt untereinander zu verlieren. Anders als bei der sonst gängigen Verwendung von Verdauungsenzymen bleibt die Gewebestruktur der Zellen dabei erhalten. Nicht nur bei der Wahl des Werkstoffs, auch bei der Anlage des Gefäßsystems bewiesen die japanischen Forscher erheblichen Einfallsreichtum. Unter die Haut der für die Transplantation vorgesehenen Mäuse pflanzten sie zunächst mehrere den Gefäßwachstumsfaktor bFGF freisetzende Netze.

          Es gilt noch Lücken zu schließen

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