Tissue Engineering

Meist werden dem Patienten Zellen entnommen, in vitro unter kontrollierten Bedingungen vermehrt und dem Patienten anschließend wieder reimplantiert, um so geschädigtes Gewebe zu ersetzen. Da die Zellen also aus dem Patienten selber stammen, besteht keine Gefahr der Abstoßung.

Die Methode des Tissue Engineerings ist noch Gegenstand intensiver Forschung, therapeutische Anwendungen konzentrieren sich hauptsächlich auf die Anzucht von Geweben aus einer Zellart wie das Knorpelgewebe. Weitere Beispiele sind die Synthese von Herzklappen und Gefäßprothesen mittels Tissue Engineering. Hier wird ein strukturelles Gerüst (scaffold) benötigt, das die Form vorgibt und von den Zellen besiedelt werden kann. Auch die Anzucht von Haut wird bereits therapeutisch genutzt.

Für die Gewebeanzucht werden bisher hauptsächlich bereits ausdifferenzierte Zellen entnommen. Stammzellen sind jedoch aufgrund ihrer Fähigkeit zur Differenzierung in verschiedene Gewebe sowie ihre Fähigkeit zum self-renewal sehr interessant. Unter „self-renewal“ versteht man eine bestimmte Form der Zellteilung, bei der wieder mindestens eine Stammzelle mit demselben Differenzierungs- und Replikationspotential wie die Mutterstammzelle entsteht. Stammzellen können somit im Gegensatz zu weiter differenzierten Zellen beinahe unbegrenzt proliferieren und in das jeweilige gewünschte Gewebe differenzieren. Aus diesem Grund wird intensiv daran geforscht, diese Stammzellen für die Therapie am Patienten einzusetzen. Eine besondere Schwierigkeit ist, dass die Stammzellen in vitro nicht sofort ausdifferenzieren.

Um Gewebe anzuzüchten, werden dem Patienten Zellen entnommen; mesenchymale Stammzellen (Stammzellen des Bindegewebes) können über eine Knochenmarkpunktion gewonnen werden. Anschließend müssen sie von den anderen Zellen des Knochenmarkbiopsats getrennt werden. Dies kann über eine Dichtegradientenzentrifugation erfolgen: Die mesenchymalen Stammzellen adhärieren in Kulturschalen, die ebenfalls im Biopsat enthaltenen hämatopoetische Zellen tun dies nicht und können entfernt werden. Eine Identifizierung der mesenchymalen Stammzellen über bestimmte Oberflächenmoleküle ist nicht möglich, da die isolierten mesenchymalen Stammzellen ein heterogenes Gemisch aus Zellen mit unterschiedlichem Proliferations-, Differenzierungs- und Wachstumspotential sind und bisher kein eindeutiger Marker für die sie bekannt ist.

In vitro werden den Zellen dann bestimmte Wachstumsfaktoren zugesetzt, so dass zunächst die Proliferation, später die Differenzierung in das gewünschte Gewebe gefördert wird. Anschließend kann eine Reimplantation in den Patienten erfolgen.

Neben ihrer Differenzierung in Myozyten, Adipozyten, Chondroblasten, Osteoblasten und Knochenmarkstromazellen ist es in vitro auch gelungen, sie in Hepatozyten, Myokardzellen, hämatopoetische Zellen und Nervenzellen differenzieren zu lassen.