Elektrische Knieimplantate könnten die Antwort für Millionen von Arthritis-Patienten sein, da Wissenschaftler mit Hilfe von elektrischem Strom Knorpel nachwachsen lassen konnten.
Bioingenieure in Connecticut haben ein winziges Netzimplantat entwickelt, das etwa einen halben Millimeter dick ist und bei Druck winzige elektrische Ströme erzeugt – eine Eigenschaft, die als Piezoelektrizität bekannt ist.
Bei Arthritis-Patienten mit dem Implantat würde eine regelmäßige Gelenkbewegung dazu führen, dass das Implantat ein elektrisches Feld erzeugt, das die Zellen dazu anregt, es zu besiedeln und zu neuem Knorpel zu wachsen.
Arthritis ist eine häufige und schmerzhafte Erkrankung, die durch Schäden an den Gelenken einer Person verursacht wird. Normalerweise polstern Knorpelpolster diese Stellen, aber Verletzungen oder das Alter können sie abtragen.
Wenn sich der Knorpel verschlechtert, beginnt der Knochen auf den Knochen zu treffen und alltägliche Aktivitäten wie das Gehen können schreckliche Qualen verursachen. Daher ist das Wachstum von neuem Knorpel der Schlüssel zur Linderung der Schmerzen.
In Experimenten konnten die Wissenschaftler erfolgreich Knorpel in einem Kaninchenknie nachwachsen lassen, was den Weg für die Heilung von Gelenken bei Menschen mit Arthritis ebnen könnte.
Osteoarthritis ist ein Zustand, der auftritt, wenn die Oberflächen in den Gelenken beschädigt werden. Es tritt auf, wenn der schützende Knorpel, der die Knochenenden abpolstert, mit der Zeit abnutzt. Bei Arthritispatienten mit dem Implantat würde eine regelmäßige Gelenkbewegung dazu führen, dass das Implantat ein elektrisches Feld erzeugt, das die Zellen dazu anregt, es zu besiedeln und zu neuem Knorpel zu wachsen
Die Forschung wurde von Thanh Nguyen, einem Bioingenieur an der University of Connecticut, geleitet, der sagt, er sei vorsichtig, wenn es um Experimente am Menschen geht.
“Dies ist ein faszinierendes Ergebnis, aber wir müssen dies an einem größeren Tier testen, eines mit einer Größe und einem Gewicht, das einem Menschen näher kommt”, sagte Nguyen.
Wenn die Technologie klinische Studien bestehen würde, könnte sie die Schmerzen von Menschen mit Osteoarthritis lindern, der häufigsten Art von Arthritis in Großbritannien, von der fast 9 Millionen Menschen betroffen sind.
Arthrose tritt auf, wenn sich der schützende Knorpel, der die Knochenenden abpolstert, im Laufe der Zeit abnutzt. Dadurch wird die Bewegung schwieriger als gewöhnlich, was zu Schmerzen und Steifheit führt.
Gegenwärtig ersetzen die besten Behandlungen den beschädigten Knorpel durch ein gesundes Stück, das an anderer Stelle im Körper, manchmal von einem Spender, entnommen wird.
Wenn dieser gesunde Knorpel jedoch Ihr eigener ist, könnte eine Transplantation die Stelle verletzen, aus der er entnommen wurde. Auch wenn es von jemand anderem stammt, wird Ihr Immunsystem es wahrscheinlich ablehnen.
Zuvor haben einige Forscher versucht, chemische Wachstumsfaktoren zu verstärken, um den Körper dazu zu bringen, von selbst Knorpel zu wachsen, um die Schmerzen bei Osteoarthritis zu lindern.
Andere Versuche beruhten auf einem biotechnologisch hergestellten Gerüst, um dem Körper eine Vorlage für das frische Gewebe zu geben.
Aber keiner dieser Ansätze funktioniert laut Nguyen, auch nicht in Kombination.
Arthrose ist die häufigste Art von Arthritis in Großbritannien und betrifft fast 9 Millionen Menschen (Stockbild)
„Der nachgewachsene Knorpel verhält sich nicht wie nativer Knorpel. Es bricht unter der normalen Belastung des Gelenks“, sagte er.
Daher entwarf Nguyens Labor ein Gewebegerüst aus Nanofasern aus Poly-L-Milchsäure (PLLA), einem biologisch abbaubaren Polymer, das häufig zum Vernähen von Operationswunden verwendet wird.
Wenn es zusammengedrückt wird, erzeugt es einen kleinen elektrischen Stromstoß – ein Beweis für die Piezoelektrizität.
“Piezoelektrizität ist ein Phänomen, das auch im menschlichen Körper existiert”, sagte der Hauptautor Dr. Yang Liu von der University of Connecticut.
“Knochen, Knorpel, Kollagen, DNA und verschiedene Proteine haben eine piezoelektrische Reaktion.”
Die regelmäßige Bewegung eines Gelenks, z. B. das Gehen einer Person, kann dazu führen, dass das Gerüst ein schwaches, aber stetiges elektrisches Feld erzeugt, das Zellen dazu anregt, es zu besiedeln und zu Knorpel zu wachsen.
Es sind keine äußeren Wachstumsfaktoren oder Stammzellen (die potenziell toxisch sind oder unerwünschte Nebenwirkungen riskieren) erforderlich, und vor allem ist der wachsende Knorpel mechanisch robust.
Als das Team kürzlich das Gerüst im Knie seines verletzten Kaninchens testete, durfte es nach der Implantation des Gerüsts auf ein Laufband hüpfen, um zu trainieren. Wie vorhergesagt, wuchs der Knorpel normal nach.
Nguyens Labor will die behandelten Tiere mindestens ein Jahr, wahrscheinlich zwei Jahre lang beobachten, um sicherzustellen, dass der Knorpel haltbar ist.
Sie wollen die PLLA-Gerüste auch an älteren Tieren testen, da Arthritis vor allem den Menschen im Alter betrifft.
Laut dem NHS entwickelt sich Osteoarthritis am häufigsten bei Menschen ab Mitte 40 und tritt häufiger bei Frauen und Menschen mit einer Familienanamnese auf.
Die Studie wurde in der neuen Ausgabe von Science Translational Medicine veröffentlicht.