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Implantate, die aus eigenen Zellen bestehen, können Rückenschmerzen beenden

Rücken- und Nackenschmerzen sind oft die Folge der fortschreitenden Schädigung der Bandscheiben, die die Wirbelsäule trennen. Dank neuer multidisziplinärer Forschung könnten wir bald eine bessere Lösung für dieses Problem finden: Biotechnologisch hergestellte Scheiben, die aus den eigenen Zellen eines Menschen herausgewachsen sind.


Werden die Forscher in der Lage sein, neue Bandscheiben aus Stammzellen herzustellen?

Die Bandscheibenentartung ist ein häufiges Problem, das einen großen Teil der Bevölkerung betrifft.

Normalerweise funktionieren gesunde Bandscheiben, indem sie die Belastung der Wirbelsäule absorbieren, während wir uns bewegen und unsere Haltung ähnlich wie bei einer Autoaufhängung anpassen.

Wenn diese Scheiben abgenutzt sind, können Schmerzen in verschiedenen Bereichen des Rückens oder Halses einer Person auftreten.

Bisher umfassen die Behandlungen der Bandscheibenentartung die Operation der Wirbelsäule und den Ersatz der beschädigten Bandscheiben durch künstliche Bandscheiben.

Diese Ansätze bringen jedoch begrenzte Vorteile, da sie die volle Funktion der Bandscheiben, die sie ersetzen, nicht wiederherstellen können.

Nun versucht ein multidisziplinäres Forschungsteam der University of Pennsylvania, der Perelman School of Medicine, der School of Engineering and Applied Science und der School of Veterinary Medicine, dieses Problem durch die Entwicklung von biotechnologisch hergestellten Bandscheiben aus eigenen Stammzellen zu lösen.

Stammzellen sind undifferenzierte Zellen, die das Potenzial haben, sich in spezialisierte Zellen "umzuwandeln". Deshalb sind sie in den Fokus mehrerer medizinischer Forschungsstudien gerückt, einschließlich der aktuellen.

Die Forscher der University of Pennsylvania haben in den letzten 15 Jahren an biotechnischen Scheibenmodellen gearbeitet - zunächst in Laborstudien, dann in Kleintierversuchen und zuletzt in großen Tierversuchen.

"Dies ist ein wichtiger Schritt: Im Labor eine so große Scheibe wachsen zu lassen, sie in den Scheibenraum zu bringen und sie dann mit dem umgebenden Gewebe zu integrieren. Das ist sehr vielversprechend", sagt Prof. Robert L. Mauck, Co-Senior-Autor der aktuellen Studie.

"Der derzeitige Standard der Pflege stellt die Scheibe nicht wirklich wieder her, daher hoffen wir mit diesem Gerät, diese auf biologische, funktionelle Weise zu ersetzen und die volle Bewegungsfreiheit wiederzuerlangen", fügt er hinzu.

Tierstudien bisher erfolgreich

Zuvor testeten die Forscher die neuen Scheiben - "disc-like angle ply structure" (DAPS) - 5 Wochen lang in Rattenschwänzen.

In der neuen Studie, deren Ergebnisse in der Zeitschrift erscheinen Wissenschaft Translational Medizinentwickelte das Team die technischen Scheiben noch weiter. Anschließend testeten sie das neue Modell - "endplate-modified DAPS" (eDAPS) - erneut an Ratten, diesmal jedoch bis zu 20 Wochen.

Durch die neue Struktur der biotechnologischen Scheibe kann sie ihre Form besser beibehalten und sich leichter in das umgebende Gewebe integrieren.

Nach mehreren Tests - MRI-Scans und mehreren eingehenden Gewebe- und mechanischen Analysen - stellten die Forscher fest, dass eDAPS im Rattenmodell die ursprüngliche Struktur und Funktion der Bandscheiben effektiv wiederherstellte.

Dieser erste Erfolg veranlasste das Forschungsteam, eDAPS bei Ziegen zu untersuchen, und sie implantierten das Gerät in die Halswirbelsäulen einiger Tiere. Die Wissenschaftler wählten die Arbeit mit Ziegen, weil, wie sie erklären, die Bandscheiben bei Ziegen ähnliche Dimensionen wie die des Menschen haben.

Darüber hinaus haben Ziegen eine halb aufrechte Statur, so dass die Forscher ihre Studie den menschlichen Studien einen Schritt näher bringen können.

"Ein sehr guter Grund, optimistisch zu sein"

Die Tests der Forscher an Ziegen waren ebenfalls erfolgreich. Sie stellten fest, dass die eDAPS gut in das umgebende Gewebe integriert war und dass die mechanische Funktion der Bandscheiben mindestens an die der ursprünglichen Halswirbelscheiben der Ziegen angepasst, wenn nicht sogar übertroffen wurde.

"Ich finde es wirklich aufregend, dass wir so weit gekommen sind, vom Rattenschwanz bis hin zu Implantaten in Menschengröße", sagt Dr. Harvey E. Smith, Mitautor der Studie.

"Wenn Sie den Erfolg von mechanischen Geräten in der Literatur betrachten, gibt es meiner Meinung nach einen sehr guten Grund, optimistisch zu sein, dass wir den gleichen Erfolg erzielen könnten, wenn nicht sogar mit den technischen Scheiben."

Dr. Harvey E. Smith

Die Forscher sagen, dass der nächste Schritt die Durchführung weiterer, umfangreicherer Versuche an Ziegen umfassen wird, wodurch die Wissenschaftler besser verstehen können, wie gut eDAPS funktioniert.

Darüber hinaus plant das Forschungsteam, eDAPS in Modellen der Degeneration von Bandscheiben beim Menschen auszuprobieren, um den klinischen Studien hoffentlich einen Schritt näher zu kommen.

"Es ist sehr wünschenswert, ein biologisches Gerät zu implantieren, das aus Ihren eigenen Zellen besteht", bemerkt Dr. Smith und fügt hinzu: "Ein echtes Tissue-Engineering Das bewegungserhaltende Ersatzgerät in der Arthroplastik dieser Art haben wir in der Orthopädie noch nicht getan. "

"Ich denke, es wäre ein Paradigmenwechsel, wie wir diese Wirbelsäulenerkrankungen wirklich behandeln und wie wir mit bewegungsarmer Rekonstruktion von Gelenken umgehen", fährt er fort.

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