Knochenreifung im Reagenzglas

Verlorenes Knochengewebe kann heute sicher und mit geringen Komplikationsraten durch Transplantate ersetzt werden. Um Patienten die Transplantation in der Zukunft gleichwohl zu ersparen, loten Mund-Kiefer-Gesichtschirurgen die Möglichkeiten von Stammzellforschung und Gewebezüchtung aus. Ihre neuesten Ergebnisse präsentieren mehrere Forschergruppen auf dem 54. Kongress der Deutschen Gesellschaft für Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie in Aachen.

Bei Tumoren im Gesichtsbereich und in der Mundhöhle ist die lebensrettende Operation kompliziert und kann bei fortgeschrittenen Geschwulsten im wahrsten Sinn des Wortes zum teilweisen Gesichtsverlust führen: Mitunter müssen Teile eines Kiefers, andere knöcherne Strukturen des Gesichtes und wichtige Weichteilstrukturen wie Zunge, Mundboden oder Wange entfernt werden. Auch bei komplizierten Verletzungen oder Fehlbildungen im Gesicht sind die MKG-Chirurgen gefordert, das Gesicht ihrer Patienten zu wahren oder wiederherzustellen.

Durch ein ganzes Bündel von Maßnahmen können die Experten inzwischen die funktionellen und ästhetischen Folgen solcher Eingriffe mindern und somit die Lebensqualität der Kranken weitestgehend erhalten:

– neue Operationsverfahren und bessere Möglichkeiten der Operationsplanung sorgen für schonendere Eingriffe, bei denen nach Möglichkeit Knochengewebe, Nervenbahnen und Blutgefäße erhalten werden
– verlorenes Knochengewebe kann durch eine Transplantation körpereigenen Knochens ersetzt werden.

„Die Eingriffe sind heute mit hoher Sicherheit und geringen Komplikationsraten durchführbar“, resümmiert Prof. Dr. Dr. Michael Ehrenfeld von der Ludwig-Maximilians-Universität München zahlreiche Studien, die auf dem Aachener Kongress vorgestellt werden.

Gleichwohl erproben die MKG-Chirurgen verschiedene neue Strategien, um den Patienten die Gewebe-Entnahme in der Zukunft zu ersparen: Das Ziel ist, körpereigene Knochenzellen des Patienten in der Kulturschale oder im Körper nachwachsen zu lassen. Stammzellen, Wachstumsfaktoren und Gewebezüchtung (Tissue engineering) sind derzeit die „heißen“ Forschungsbereiche in der MKG-Chirurgie und spielen darum auch auf dem 54. Jahreskongress eine wichtige Rolle.

Wachstumsfaktoren.

Die kurz BMPs (Bone-morphogenic Proteins) genannten Faktoren, die das Knochenwachstum anregen, sind ein Schwerpunkt. In der Kulturschale sorgen diese Stoffe dafür, dass die Zellen verstärkt Knochengrundsubstanz bilden und Mineralsalze einlagern. Auf der Tagung in Aachen berichten beispielsweise MKG-Chirurgen von der Universität Düsseldorf (1), dass gentechnisch gezielt veränderte BMPs eine stärkere Wirkung haben als die natürlichen Stoffe. Ein Forscherteam von der Universität Kiel (2) konnte bei Versuchen mit Minischweinen nachweisen, dass ein ebenfalls gentechnisch produzierter Wachstumsfaktor, das humane osteogene Protein 1 (hOP-1), aufgebracht auf eine Trägersubstanz, Knochendefekte dimensionsgetreu rekonstruieren kann.

Stammzellen aus Fettgewebe.

Vorläuferzellen, aus denen Knochen- und Muskelzellen entstehen, können inzwischen aus verschiedenen Geweben, beispielsweise auch aus Fettgewebe, gewonnen werden. So berichten MKG-Chirurgen von der Universität Leipzig (3), dass sie aus dem Fettgewebe von Patienten so genannte mesenchymale Stammzellen isolieren und im Labor vermehren und differenzieren konnten. Dies gelang den Experten sowohl in der zweidimensionalen Zellkultur als auch bei der Besiedlung einer dreidimensionalen Matrix aus Kollagen.

Anregung zur Reifung.

Eine Forschergruppe von der Universität Münster (4) berichtet, dass die mechanische Stimulation der Zellen in der Kulturschale die Produktion bestimmter Proteine und die Biomineralisation fördert. „Diese Strategie könnte die Möglichkeit eröffnen, Knochen in vitro reifen zu lassen“, erklären die Wissenschaftler.

Trägerstoffe.

Ein wichtiger Faktor des Tissue Engineering sind die dreidimensionalen Trägersubstanzen, so genannte Scaffolds, auf denen die Zellen heranreifen und sich vermehren. Erprobt werden dabei die unterschiedlichsten Stoffe, beispielsweise Hydroxylapatit, Kollagen, Trikalziumphosphat oder Kalziumkarbonat. Die Materialien sollen nicht nur – unterstützt von Wachstumsfaktoren – die Vermehrung der Zellen anregen, sondern müssen auch biologisch abbaubar sein. Gleich mehrere Forschergruppen (5) stellen auf dem Kongress dazu Ergebnisse vor.

Allerdings zeichnet sich bislang noch nicht ab, welche Trägersubstanzen am geeignesten sind – das Rennen ist auf diesem Gebiet noch lange nicht entschieden.

1) Gentechnisch veränderte BMP-2 Mutanten haben noch höhere osteoinduktive Potenz als der BMP-Wildtyp.
Depprich, Rita, Dr. et al.,Klinik f. Kiefer- u. Plast. Gesichtschirurgie, Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf

2) Knochendefekt kritischer Größe: Beckenspan versus osteogenic protein-1
Springer, Ingo, Dr. Dr. et al., Klinik für MKG-Chirurgie, Univ.-Klinikum Schleswig-Holstein, Campus Kiel

3) Mesenchymale Stammzellen aus Fettgewebe als Grundlage für das Tissue Engineering von Knochen
Weinzierl, Konstanze, Dr. Dr. et al., Klinik f. Mund-, Kiefer- und Plastische Gesichtschirurgie, Universität Leipzig

4) In vitro Biomineralisation von autologen Osteoplasten in 2D- und 3D-Kulturen
Büchter, Andre, Dr. et al., Klinik für MKG-Chirurgie, Universitätsklinikum Münster

5) In vitro Untrsuchung von Biomaterialien als potentielle Osteoblasten-Trägermatrix
Petrovic, Ljubinko et al.: Klinik u. Poliklinik f. MKG-Chirurgie, Universität Erlangen-Nürnberg
Kann eine Kalziumphosphatmatrix, als innovativer Knochenersatzstoff, eine Alternative zur Spongiosatransplantation bilden?
Henkel, Kai-Olaf, PD Dr. Dr. et al., Klinik für Mund-, Kiefer- und Plastische Gesichtschirurgie, Universität Rostock
Auswirkung dreidimensionaler Trägermaterialien auf das Proliferations-und osteogene Differenzierungsverhalten von humanen mesenchymalen Stammzellen in vitro
Materna, Thomas, Dr. et al.: Klinik für MKG-Chirurgie, Universität Göttingen