Ärzte Zeitung online, 11.05.2010

Stammzellen sorgen für optimales Einwachsen von Textilimplantaten

BÖNNIGHEIM (eb). Textile Implantate, wie sie etwa in der Herz- oder Bauchchirurgie verwendet werden, lassen sich offenbar mit Unterstützung von Stammzellen leichter in das umlegende Gewebe integrieren. Die Zellen unterstützen die Entstehung neuer Blutgefäße in den Implantaten.

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Mit Stammzellen besiedelte Textilfasern sondern Signalmoleküle ab, welche das Aussprossen neuer Kapillaren aus bestehenden Gefäßen anregen. © iStockphoto.com/bubaone/Hohenstein

In der Regenerationsmedizin ist die Biotoleranz, also die Verträglichkeit eines Implantats aus Textilien von großer Bedeutung. Solche Implantate werden jedoch nicht immer vom Körper toleriert. Selbst moderne Implantate aus resorbierbaren Biopolymeren, etwa Polymilchsäure, bauen sich zwar nach einer gewissen Zeit ab, sie zerfallen jedoch in saure Bestandteile. Diese sorgen rund um den Implantationsort mitunter für erhebliche Probleme, die von Entzündungen bis hin zu Abstoßungsreaktionen reichen können. Ein deshalb für die Biotoleranz von Implantaten entscheidender Faktor ist die schnelle Neubildung von Blutgefäßen am Implantationsort, die Angiogenese. Neue Kapillaren sorgen dafür, dass die sauren Zerfallsprodukte bioresorbierbarer Textilimplantate rasch abtransportiert werden können.

Implantat wird nicht als Fremdkörper abgekapselt

Zugleich gewährleistet die neue Blutversorgung, dass auch die am Gewebeaufbau beteiligten Zellen ausreichend mit Nährstoffen versorgt werden und das Implantat einwächst, ohne als Fremdkörper abgekapselt zu werden. Mit der Frage, wie sich die Gefäßneubildung gezielt an textilen Implantaten anregen lässt, beschäftigt sich das Institut für Hygiene und Biotechnologie (IHB) an den Hohenstein-Instituten bereits seit Langem. Vor kurzem konnte das von Professor Dirk Höfer geleitete Forscherteam aus Medizinern und Humanbiologen zeigen, dass sich speziell modifizierte Textilfasern auch als Träger für humane adulte Stammzellen eignen, auf Basis derer sich neues, gesundes Gewebe entwickeln kann.

Schlüsselversuch mit Hühnereiern

Nun ist den Hohensteiner Wissenschaftlern auch im Hinblick auf die Verträglichkeit von Implantaten ein bedeutsames Experiment gelungen: Mit Stammzellen besiedelte Textilien wurden auf die mit Gefäßen durchzogene Membran eines Hühnereis gegeben. Bei diesem Versuch handelt es sich um eine tierversuchsfreie Ersatzmethode, das Chorion-Allantois-Membran (CAM)-Modell.

Der Gefäßreichtum der CAM und die fehlende Immunkompetenz ermöglichen optimale Untersuchungen an einem funktionierenden Kreislaufsystem. Ziel der Hohensteiner Wissenschaftler war es, dass das Implantat selbst die nötigen Wachstumsfaktoren ausschüttet, die die Neubildung von Blutgefäßen anregen. Diese Aufgabe sollten die Stammzellen übernehmen.

Zunächst beschichteten die Forscher die Fasern der Textilimplantate mit spezifischen Adhäsionsmolekülen und besiedelten diese dann mit humanen adulten Stammzellen. Von diesen Zellen weiß man, dass sie Wachstumsfaktoren zur Anregung neuer Gefäße ausschütten. Um das Schicksal der verwendeten Stammzellen auf den Fasern exakt verfolgen zu können, wurden die Alleskönner zuvor gentechnisch modifiziert, so dass sie einen roten Fluoreszenzfarbstoff produzieren, der es erlaubt, die Integration der Stammzellen ins umliegende Gewebe zu verfolgen.

In mehreren Versuchsreihen konnten die Forscher auf diese Weise eine gerichtete Gefäßeinsprossung in das textile Implantat hinein beobachten - sowohl makro- als auch mikroskopisch. Neue Blutgefäße wuchsen in das Implantat und bildeten dort ein funktionelles kapillares Netzwerk. Wurden die Textilien mit Bindegewebszellen besiedelt, die keine Wachstumsfaktoren ausschütten, blieb die Gefäßeinsprossung hingegen aus.

Durchblutung lässt sich jetzt besser erforschen

Die neuen Forschungsergebnisse des Instituts für Hygiene und Biotechnologie lassen sich künftig dazu nutzen, mit patienteneigenen Stammzellen biologisierte Textilimplantate - etwa Herniennetze - schneller und ohne Abstoßungsreaktionen in das Gewebe eines Patienten zu integrieren und somit zerstörtes Körpergewebe erfolgreich zu regenerieren. Das in Hohenstein angewandte System ermöglicht es darüber hinaus, viele andere Aspekte der Durchblutung textiler Implantate zu erforschen und diese routinemäßig für die medizinische Anwendung zu optimieren. Die Hohensteiner Forscher beabsichtigen, die Ergebnisse in einem wissenschaftlichen Fachjournal zu veröffentlichen, wie es in einer Mitteilung des Instituts heißt.

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