Personalisierter Knorpelersatz hilft bei Knieleiden

Kniearthrose ist eine weit verbreitete Form der Arthrose, die Betroffene im Alltag einschränkt. Der Verschleiß im Knorpelgewebe verursacht häufig Schmerzen und Bewegungseinschränkungen. Um die Behandlung zu verbessern, haben Forschende einen Prozess entwickelt, mit dem sich künstliches Knorpelgewebe auf die Betroffenen individuell zugeschnitten herstellen lässt.

Im Interview mit MEDICA.de erläutert Prof. Günter Tovar, wie personalisiertes Knorpelgewebe gegen Knieleiden helfen kann.

Prof. Tovar, wie läuft der Herstellungsprozess für das künstliche Knorpelgewebe ab?

Prof. Günter Tovar: Das knorpelanaloge Gewebe wird in einer durchgängigen Prozesskette mit einem speziellen 3D-Druck-Verfahren gefertigt. Diese mehrachsige, additive Fertigungsmethode erlaubt es, Objekte mit einer entsprechend komplexen Geometrie aus unterschiedlichen Materialien aufzubauen. Der Vorteil der mehrachsigen Bearbeitung im Vergleich zu herkömmlichen dreiachsigen Verfahren sind die größeren Prozessfreiheiten. So kann beispielsweise der Stufenprozess minimiert werden, der auftritt, wenn die Kontur eines Bauteils nicht parallel oder orthogonal zur Aufbaurichtung verläuft und damit die Schräge in einzelne diskrete Schichten untergliedert wird.

Die personalisierten Daten für den 3D-Druck werden aus MRT-Aufnahmen gewonnen, sodass jeder Knorpel individuell nach biologischem Vorbild angefertigt werden kann. Hierzu wird aus Scan-Daten eine sogenannte Sollgeometrie der zu ersetzenden Fehlstelle generiert.

Welche Biomaterialien kommen zum Einsatz und warum haben Sie gerade die ausgewählten?

Tovar: Das Material für den Knorpelersatz ist eine methylmodifizierte Gelantinelösung, die mit UV-Licht ausgehärtet wird. In diesem biomimetischen Material, das unter Inspiration der Natur entwickelt wurde, werden vor der Implantation in einem Bioreaktor herangezogene Zellen gelöst. Zusätzlich können andere Bestandteile der extrazellulären Matrix beigefügt werden, wie beispielsweise Chondroitinsulfat.

Was sind die Vor- und Nachteile von personalisiertem Knorpelgewebe?

Tovar: Der Vorteil von personalisiertem Knorpelgewebe ist, dass sich das Ersatzgewebe besser an die individuelle Situation im Körper anpassen kann. Hierdurch steigt die Chance auf eine schnelle Verwachsung und die Patientinnen und Patienten können ihr Knie früher wieder belasten und sind schneller schmerzfrei. Der Nachteil sind die hohen Kosten, die wir aber durch den automatisierten Prozess der Massenpersonalisierung abfangen.

Gibt es die Möglichkeit, die Technologie auch für andere Stellen im Körper, die von Arthrose betroffen sein können, einzusetzen?

Tovar: Das Kniegelenk ist sozusagen unser Pioniergelenk, weil dort von der medizinischen Seite der größte Bedarf besteht. Grundsätzlich lässt sich dieses Verfahren aber natürlich auch auf andere Gelenke übertragen.

Auf welche Hürden sind Sie bei der Entwicklung gestoßen?

Tovar: Auch wenn wir biomimetisch die Struktur der biomakromolekularen Matrix nachstellen, so sind die natürlich gewachsenen Strukturen im Inneren noch immer komplexer. Daher bleibt es weiterhin eine Hürde, die Strukturen immer naturähnlicher zu gestalten.

Wie sehen die nächsten Schritte in der Forschung aus?

Tovar: Der nächste Schritt stellt die klinische Umsetzung dar. Das heißt, es muss eine separate Zulassung beantragt werden, damit die künstlichen Knorpel auch tatsächlichen in Patientinnen und Patienten implantiert werden können.