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Tissue Engineering

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Der Begriff „Tissue Engineering“ wurde 1987 erstmals bei der „National Science Foundation“ Konferenz verwendet.

Tissue Engineering (TE) ist die Herstellung (Fabrikation) menschengemachter Gewebe oder Organe, sogenannter Neoorgane, zur Schaffung von Körperersatzteilen. In einem Bioreaktor, das ist das System, das die Lebensbedingungen für die Neoorgane im Labor herstellt, wird ein künstlich abbaubares Gerüst (sogenannte Matrix) in gewünschten Formen mit Zellen besät. Die Zellen beginnen sich zu teilen und nisten sich auf der Matrix ein, dabei bilden die Zellen selber eine neue Matrix und die künstliche Matrix wird abgebaut. Sobald das Neoorgan fertig ist, kann es entnommen und an den Menschen verpflanzt werden – das ist die Idee hinter TE.

Das klappt schon sehr gut z.B. bei der Haut, bei anderen Organen kämpft man noch mit verschiedenen Problemen, z.B. mit der Nährstoffversorgung. Sobald ein Neoorgan größer, vor allem voluminöser ist als die Haut – die Haut ist ja sehr dünn, ist die Züchtung und Verpflanzung nicht mehr möglich – wieso?

Nehmen wir als Gewebe z.B. Knochen, Knochenblöcke werden häufig transplantiert, dabei beobachtet man folgendes Phänomen: sobald der transplantierte Knochenblock eine gewisse Größe überschreitet, beginnt der Block nach einigen Monaten nach der Transplantation „weg zu schmelzen“, der Block wird kleiner und kleiner.

Lange Zeit war nicht klar wieso, heute weiß man über diese Vorgänge sehr gut Bescheid – der Grund hierfür ist folgender: In dem transplantierten Knochenblock befinden sich ja Zellen – eben Knochenzellen. Im Knochen werden die Zellen sehr gut mit Nährstoffen von kleinen Gefäßen versorgt, in dem Moment, in dem der Knochenblock entnommen wird, werden die Gefäße unterbrochen, die im Knochenblock befindlichen Zellen werden schlagartig von der Nährstoffzufuhr abgeschnitten.

Wird der Block nun an eine andere Stelle verpflanzt, dann werden die Zellen bei einem kleinen Block bald nach der Transplantation durch Diffusion von der neuen Umgebung mit Nährstoffen versorgt. Durch Diffusion können also Zellen im inneren von kleinen Knochenblöcken überleben und zwar so lange, bis wieder neue Gefäße eingewachsen sind.

Ist der Knochenblock aber zu groß, dann reicht die Diffusion nicht aus um die innersten Zellen im Knochenblock zu erreichen. Die Diffusion ist nämlich nur für kurze Distanzen geeignet, zudem dauert es Tage bis neue Blutgefäße ins Innere des Knochenblockes einwachsen. Für die Zellen im Inneren des Blockes dauert dies zu lang – die Zellen sterben ab. Das absterben der Zellen ruft später eine Immunreaktion hervor, denn das Immunsystem baut tote Zellen ab, dabei kommt es auch zu einem Knochenabbau.

Deshalb werden größere Knochenblöcke mikrovaskulär transplantiert, das heißt der Knochen wird mit dem Muskel, der auf dem Knochen angewachsen ist und mit dem muskelversorgenden Gefäß entnommen – das Blutgefäß versorgt den Muskel und der Muskel den Knochen. Das entnommene Gefäß wird am transplantierten Ort an ein anderes Gefäß gekoppelt, somit wird die Nährstoffversorgung im Inneren des Knochenblocks sofort wieder hergestellt, es sterben nur wenige Zellen ab und der Knochenblock verliert kaum an Größe.

Es hat also wenig Sinn künstliche Organe unter optimalen Bedingungen im Bioinkubator zu züchten, wenn dann nach der Transplantation viele Zellen im Inneren des Transplantates eingehen. Leider haben Zahnärzte keine mikrochirurgische Ausbildung, zudem sind die molekularbiologischen Kenntnisse von Ärzten allgemein rudimentär. Aus diesem Grund wird heute immer noch versucht auf vielen Universitätskliniken weltweit mit primitiven molekularbiologischen Methoden Knochen zu züchten.

Biologen gelang die Züchtung von Neoorganen schon weitaus früher, nur erkannten Biologen in den 70er Jahren das Problem der Nährstoffversorgung. Deshalb konzentrieren sich Biologen heutzutage zuerst auf die Blutversorgung, im Bild sehen sie eine Gefäßmatrix – stellen sie sich einen Legobaukasten vor, so oder ähnliche könnte der erste Baustein für eine Niere aussehen. Die Zellen könnte dann um die Matrix – also in diesem Fall die Blutgefäße, anwachsen. Erst wenn sich alle einzelnen Zelltypen niedergelassen haben und ihre jeweilige Funktion aufnehmen, dann erst könnte die Neoniere verpflanzt werden, mikrovasuklär selbstverständlich.

Wenn Ihnen also von einem Zahnarzt oder Chirurgen Tissue Engineering vorgeschlagen wird, z.B. in dem man Knochenersatzmaterial mit Ihren Zellen/Blut mischen will, dann wird Sie das nur Geld kosten, es existiert bis heute keine einzige Studie die den Erfolg beweist.

Tissue Engineering