Tissue Engineering

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Die Methode des Tissue Engineering (TE) bzw. Gewebekonstruktion (auch Gewebezüchtung) beruht darauf, lebende Zellen eines Organismus als dreidimensionales Konstrukt zu kultivieren^[1]. Diese können dann in meist denselben Organismus implantiert werden und so eine Gewebefunktion erhalten oder wiederherstellen. Daher ist das TE eine der zentralen Technologien für die Regenerative Medizin.

„Tissue Engineering ist die Anwendung von Prinzipien und Methoden der Ingenieur-, Werkstoff- und Lebenswissenschaften zur Gewinnung eines fundamentalen Verständnisses von Struktur-Funktions-Beziehungen in normalen und pathologischen Säuger-Geweben; und die Entwicklung von biologischem Ersatz zur Erneuerung, Bewahrung oder Verbesserung der Gewebefunktion“^[2]. Im engeren Sinne versteht man darunter die Zellentnahme am Patienten zur Züchtung des gewünschten Organs.

Das Tissue Engineering beinhaltet vier Elemente, nämlich

• ein strukturelles Gerüst (optional, oft Scaffold genannt)
• lebende Zellen oder Gewebe
• die Kontrolle der Signaltransduktion an den lebenden Bestandteil (Wachstumsfaktoren)
• ein Kulturmedium (Nährlösung) bzw. Organismus.

Das Gerüst biologischer oder synthetischer Art wird vor der Kultur mit dem entnommenen vitalen Material kombiniert. Die Kultivierung kann sowohl im Körper (in vivo- Tissue Engineering) als auch im Labor (in vitro- Tissue Engineering) erfolgen. In beiden Fällen erfolgt idealerweise eine Kontrolle der Signalstoffe, die die Zelle erreichen, sodass die Bildung des neuen Gewebes unterstützt wird.

Die bioartifiziellen Regenerate oder Konstrukte werden wieder in die Zielregion des Organismus implantiert. Der Vorteil bei einem solchen Implantat mit autologem (patienteneigenem) Zellanteil besteht darin, dass es vom Immunsystem des Patienten akzeptiert wird, denn die kultivierten Zellen weisen nur solche Proteine auf den Zelloberflächen auf, die das Immunsystem als „eigene“ erkennt. Damit sollten Tissue-Engineering-Implantate normalerweise nicht abgestoßen werden.

Eine weitere wichtige Anwendung des Tissue Engineering ist die Anwendung in der Grundlagenforschung. Dem natürlichen Gewebe nachempfundene Konstrukte dienen dort zur Aufklärung zellulärer Mechanismen. Darüber hinaus ermöglichen die Methoden des TE die Herstellung dreidimensionaler gewebeähnlicher Zellkonstrukte, an denen sich die Wirkung von Schadstoffen (z. B. Pestiziden), aber auch die Wirkung von Pharmazeutika testen lässt.^[3].

Das Problem der Gewebezüchtung liegt darin, dass spezifizierte Zellen ihre Funktionalität verlieren (Dedifferenzierung). Bisher ist es gelungen, Haut-^[4], und Knorpelgewebe^[5] sowie Blutgefäße^[6] zur kommerziellen Anwendung zu züchten.

Dabei werden zumeist bereits ausdifferenzierte Zellen aus dem Organismus in vitro vermehrt. Ein neuer Ansatz ist die Verwendung von adulten oder induzierten pluripotenten Stammzellen (iPS). Die adulten Zellen können aus dem Knochenmark oder inneren Organen von erwachsenen Personen gewonnen; die iPS können durch Rückprogrammierung von Zellen erzeugt werden (z.B. Fibroblasten aus der Haut). Die Stammzellen können im Kulturbehälter vermehrt und danach durch Chemikalien zu bestimmten benötigten Zelltypen differenziert werden.

Motor für die Entwicklung des Tissue Engineering ist der steigende Bedarf an sicheren Ersatzgeweben und -organen sowie die Grundlagenforschung.

Allgemein werden hier vier Arten von Implantaten unterschieden:

• von anderen Lebewesen stammende (xenogen) - z. B. Herzklappen,
• von einem Individuum gleicher Spezies (allogen) - z. B. Niere,
• vom Patienten selbst (autogen) - z. B. Haut.
• von genetisch identischen Individuen (syngen) - wie z. B. von eineiigen Zwillingen ^[7]

[Bearbeiten] Weblinks

• Helmholtz-Institut - RWTH Aachen und Universitätsklinikum Aachen - Institut für Angewandte Medizintechnik - Medizinische Fakultät - Cardiovasculäres Tissue Engineering
• Tissue Engineering der Charité Universitätsmedizin Berlin
• Arbeitsgruppe Prof. Minuth Universität Regensburg
• Forschungsbereich des Translationszentrums für Regenerative Medizin (TRM) Leipzig

[Bearbeiten] Literatur

1. ↑ Toni Lindl, Gerhard Gstraunthaler: Zell- und Gewebekultur: Von den Grundlagen zur Laborbank. Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg 2008, ISBN 978-3-8274-1776-3.
2. ↑ Richard Skalak (Hrsg.): Tissue Engineering. Liss, New York 1988, ISBN 0-8451-4706-4.
3. ↑ K. Andreas, C. Lübke, T. Häupl u.a.: Key regulatory molecules of cartilage destruction in rheumatoid arthritis: an in vitro study. In: Arthritis research and therapy. Ausgabe v10n1 vom 18. Januar 2008. BioMed Central, London 2008
4. ↑ Kuroyanagi Y, Kenmochi M, Ishihara S, Takeda A, Shiraishi A, Ootake N, Uchinuma E, Torikai K, Shioya N.: A cultured skin substitute composed of fibroblasts and keratinocytes with a collagen matrix: preliminary results of clinical trials.Ann Plast Surg. 1993 Oct;31(4):340-9; discussion 349-51.
5. ↑ Haisch A, Schultz O, Perka C, Jahnke V, Burmester GR, Sittinger M.: Tissue Engineering von humanem Knorpelgewebe für Wiederherstellungschirurgie mithilfe biokompatiblem Fibringelen und Polymerträgern [Tissue engineering of human cartilage tissue for reconstructive surgery using biocompatible resorbable fibrin gel and polymer carriers]. HNO. 1996 Nov;44(11):624-9
6. ↑ Liu SQ.: Prevention of focal intimal hyperplasia in rat vein grafts by using a tissue engineering approach.Atherosclerosis. 1998 Oct;140(2):365-77.
7. ↑ Erich Wintermantel, Suk-Woo Ha: Medizintechnik mit biokompatiblen Werkstoffen und Verfahren. Springer Verlag, Berlin Heidelberg New York 2002, ISBN 3-540-41261-1.