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Wie ein Knorpel entsteht
Wissenschaftler der TU Berlin lassen 'künstliche' Knorpel wachsen

09.01.2008 - Wie entsteht eigentlich ein Knorpel? Mit gutem Grund geht Mark Rosowski vom Institut für Biotechnologie der TU Berlin dieser Frage nach: Verletzungen und Erkrankungen am Knorpelgewebe der Gelenke verursachen oft starke Schmerzen, während die Chancen auf Heilung von Rheuma und Arthrose mit herkömmlichen Methoden meist nur gering sind. Lässt man dagegen Knorpelgewebe im Labor wachsen und transplantiert es anschließend, sehen die Chancen schon besser aus. Genau deshalb versuchen Mark Rosowski und andere Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler am Deutschen Rheumaforschungszentrum auf dem Gelände der Universitätsklinik Charité im Zentrum Berlins, solche 'künstlichen' Knorpel zu züchten.
 
Als Ausgangsmaterial nehmen sie dazu menschliche Knorpelzellen. Diese von Zellbiologen Chondrozyten genannten Zellen verändern im Labor aber rasch ihr Aussehen und verwandeln sich in eine Art Vorläuferzellen. Diese können sich im Organismus in Chondrozyten, aber auch in Muskel- oder Fettzellen sowie in Sehnen verwandeln. Im Labor aber gelingt diese Rückverwandlung in Knorpelzellen nicht so recht. "Erst wenn die Zellen die richtige dreidimensionale Umgebung haben, können sie zu Knorpelgewebe wachsen", erklärt Mark Rosowski. Genau diese räumliche Umgebung aber haben sie in den Kulturflaschen nicht, in denen im Labor normalerweise Zellen wachsen. Die Zellen sinken durch die Nährflüssigkeit auf den Flaschenboden und bilden dort eine Schicht, die nur so dick ist wie eine einzige Zelle. Ein solcher 'Monolayer' hat aber nur zwei räumliche Dimensionen, weil ihm die Höhe fehlt - ein Knorpelgewebe kann so kaum wachsen.
 
Biologen kennen Tricks, die den Vorläuferzellen auf die Sprünge helfen könnten: So können sie die Zellen zu einer Art Mini-Ball formen oder sie geben so viele Zellen in eine Kulturflasche, dass sich am Boden mehrere Zellschichten übereinander lagern. Auf diese Weise erzwingen sie zwar eine dreidimensionale Struktur, natürlich sind die Verhältnisse jedoch kaum. Viel besser ist das Ergebnis, wenn die Zellen sich selbst ihre natürliche Struktur suchen können. Dazu gibt Mark Rosowski die Vorläuferzellen in eine winzige Kapsel aus Zuckerpolymeren, die nur zirka einen halben Zentimeter Durchmesser hat. Wie von selbst beginnen sich die Zellen dort aneinander festzuhalten und bilden eine dreidimensionale Struktur. "In dieser Struktur stellen sich die Vorläuferzellen offensichtlich gegenseitig die Signale zur Verfügung, die für die Umwandlung in normale Chondrozyten notwendig sind", erklärt Mark Rosowski. In der Kapsel wächst so eine Art Knorpelgewebe, das Ärzte verwenden, um kleinere Risse und Schäden zu heilen. Allerdings können sich die hohen Kosten einer solchen Therapie bisher nur Spitzensportler und sehr wohlhabende Menschen leisten.
 
Obendrein hilft diese Transplantation bei großen Schäden, wie sie bei Altersarthrose oder Rheuma auftreten, kaum. "Vermutlich liefert bei Sportverletzungen das noch vorhandene gesunde Knorpelgewebe die Informationen für das richtige Wachsen der transplantierten Chondrozyten", erläutert Rosowski. Dieses gesunde Gewebe fehlt bei großen Schäden. Im Labor aber wachsen die Chondrozyten nur zu einem Gewebe, das viel lockerer als ein natürlich gewachsener Knorpel im Körper ist. Im Organismus selbst geben noch eine ganze Reihe von Signalen wichtige Informationen an die Chondrozyten, mit deren Hilfe das richtige Gewebe erst entsteht. Einige dieser Botenstoffe kennt man, weiß aber nicht, in welcher Konzentration und zu welcher Zeit sie wirken müssen, um einen festen Knorpel wachsen zu lassen. Gibt Mark Rosowski eine Mischung solcher Signalstoffe in die Kapseln mit den Chondrozyten, stellt er als erstes Ergebnis fest: "Das Wachstum und Verhalten der Zellen verändert sich." Bis er und seine Kollegen die beste Zusammensetzung der Signalstoff-Mischung kennen, dürfte aber noch einige Zeit vergehen, dämpft der Forscher zu große Erwartungen.