Tissue Engineering in der Arthrose - ein regenerativer biotechnologischer Ansatz zur Behandlung der Gelenkdegeneration

Description

Die Behandlung von Knorpeldefekten mittels autologer Knorpelzelltransplantation hat im letzten Jahrzehnt die Therapieansätze im Bereich des Bewegungsapparates revolutioniert und zu einem Paradigmenwechsel der therapeutischen Überlegungen von der Reparaturmedizin zur regenerativen Medizin geführt. Während die Zelltransplantation beim jüngeren Patienten mit umschriebenen Defekten bereits als State-of-the-Art-Methode angesehen werden kann, ist das für die Anwendung bei arthrotischen Gelenken mit komplexen degenerativen Gelenkveränderungen nicht der Fall. Im Gegenteil haben die Anwendungen in diesen überzogenen Indikationen zu Fehlschlägen geführt und den zellbasierten Methoden einige Kritik gebracht, da die Erfolgsraten von ca. 90% beim umschriebenen Knorpeldefekt auf unter 50% bei Arthrosen abgesunken waren. Andererseits ist die Arthrose aber eine echte Volkserkrankung und stellt eine große Herausforderung an die regenerative Medizin dar. Unter diesem Aspekt erscheint es sinnvoll, alle Anstrengungen zu unternehmen, dieses Problem mit einem systematischen Forschungsansatz anzugehen und verstärkt Forschungsprogramme in Richtung Arthrose zu lenken. Ziel dieses Projektes ist es, mit Hilfe biotechnologischer Verfahren auch bei großflächiger Gelenksdegeneration (Arthrose) eine Regeneration des originären Zustandes zu erreichen, anstatt mit nur begrenzt haltbaren Metall-Kunststoffprothesen das Gelenk zu ersetzen. Um dies zu erreichen, müssen die wichtigsten Faktoren für die Regeneration bereitgestellt werden: Zellen, Matrix und Regulatoren (wie z.B.: Wachstumsfaktoren). In einem bereits abgeschlossen Vorläuferprojekt („Tissue Engineering in der Arthrose I“) wurde eine Wissensdatenbank zu diesem Thematik erstellt, die Rahmenbedingungen für das Erreichen obengenannten Zieles abgesteckt (Machbarkeitsstudie) sowie die gerätetechnischen Voraussetzungen für die wissenschaftliche Bearbeitung dieser Fragestellung geschaffen. Die Problematik ergibt sich aus der Tatsache, dass autologe Zellen, wie sie bei der klassischen Knorpelzelltransplantation verwendet werden, bei einem arthrotischen Gelenk nicht verwendbar sind, da sie nicht mehr ausreichend bioaktiv sind. Im Rahmen dieses Projektes sollen nun Kulturbedingungen erarbeitet und entwickelt werden, die es erlauben, Knorpelzellen aus degenerativ veränderten Gelenken erfolgreich zu vermehren und deren Eigenschaft zu erhalten, knorpelspezifische Substanzen zu produzieren (Kollagen II, Proteoglykane, usw.). Des Weiteren wird ein entsprechendes Biomaterial entwickelt, das den hohen biomechanischen Ansprüchen im degenerierten Gelenk gerecht wird. Da auf einer harten abgenützten Gelenkoberfläche kein Knorpel mehr anwächst, muss diese Knochenschicht entfernt werden und durch ein Kompositkonstrukt aus einem knöchernen und eine knorpeligem Teil („Biphasisches Implantat“) ersetzt werden. Weiters wird die Entwicklung einer geeigneten Implantationsmethode und Produktionslogistik verfolgt, sodass das Zielprodukt zumindest als ein auf biotechnologischen Methoden beruhender Gelenkteilersatz hergestellt werden kann. In der abschließenden Projektphase wird der klinische Einsatz der Methode am Tiermodell vorbereitet.

Details

Duration 01/04/2008 - 01/04/2010
Funding Bundesländer (inkl. deren Stiftungen und Einrichtungen)
Program Technologieförderung NÖ
Department

Department for Health Sciences, Medicine and Research

Center for Regenerative Medicine

Principle investigator for the project (Danube University Krems) Univ.-Prof. Dr. Stefan Nehrer
Project members Daniela Kern Mag. Eugenia-Paulina Niculescu-Morzsa

Publications

Halbwirth F.; Niculescu-Morzsa E.; Zwickl H.; Berger M.; Bauer C.; Kern D.; Nehrer S. (2012). Train the chondrocytes: Mechanostimulation reverses the catabolic phenotype of human matrix-embedded chondrocytes - a preliminary report. Tissue Engineering and Regenerative Medicine, 2012; Supplement 1, Volume 6: 243

Halbwirth F.; Niculescu-Morzsa E.; Zwickl H.; Nehrer S. (2010). Train the chondrocytes: Mechanostimulation reverses the catabolic phenotype of human matrix-embedded chondrocytes -a preliminary report . Cartilage, 2010, 10: 109S

Zwickl, H.; Niculescu-Morzsa, E.; Nehrer, S. (2010). Investigation of Collagen Transplants Seeded with Human Autologous Chondrocytes at the time of Transplantation. SAGE, Cartilage: 194-199

Halbwirth F.; Niculescu Morzsa E.; Zwickl H.; Nehrer S. (2010). Effekt von Mechanostimulation auf 3-D kultivierte osteoarthritische Knorpelzellen . Soprt Orthopädie und Traumatologie, 26, 2010, Heft 2: 123

Halbwirth F.; Niculescu-Morzsa E.; Zwickl H.; Nehrer S. (2009). Train the chondrocytes: Mechanostimulation reverses the catabolic phenotype of human matrix-embedded chondrocytes- a preliminary report . Osteoarthritis and Cartilage, September 2009, Supplement 1, Volume 17: 247

Lectures

Correlation of Sox9, 5 and 6 with Col2a1 and aggrecan mRNA expression of collagen implant-derived and osteoarthritic chondrocytes

EATB-Kongress, Wien 2012, 22/11/2012

Effect of mechano- stimulation on matrix-embedded human osteoarthritic chondrocytes

EATB-Kongress, Wien 2012, 22/11/2012

Train the chondrocytes: Mechanostimulation reverses the catabolic phenotype of human matrix-embedded chondrocytes – a preliminary report

3rd TERMIS World Congress, Wien 2012, 06/09/2012

Effekt von Mechanostimulation auf 3-D kultivierte osteoarthritische Knorpelzellen

Österreichische Gesellschaft für Chirurgische Forschung 35. Seminar, Wagrain 2011, 11/11/2011

MECHANOSTIMULATION REVERSES THE CATABOLIC PHENOTYPE OF HUMAN OSTEOARTHRITIC MATRIX- EMBEDDED CHONDROCYTES – A PRELIMINARY REPORT

World Conference on Regenerative Medizine, Leipzig 2011, 03/11/2011

Training für Knorpelzellen - Effekt von Mechanostimulation auf 3-D kultivierte osteoarthritische Knorpelzellen

GOTS 26. Jahreskongress, München 2011, 18/06/2011

Arthrotische Knorpelzellen, was können sie noch?

Symposium Arthrose und Sport, Krems 2011, 04/03/2011

Effekt von Mechanostimulation auf 3-D kultivierte osteoarthritische Knorpelzellen

4. Wiener Biomaterialsymposium, Wien 2010, 15/11/2010

Effect of mechano-stimulation on matrix-embedded human osteoarthritic chondrocytes

4th Congress on Regenerative Biology and Medicine, Stuttgart 2010 , 13/10/2010

Train the chondrocytes: Mechanostimulation reverses the catabolic phenotype of human matrix-embedded chondrocytes - a preliminary report

ICRS Kongress, Barcelona 2010 , 27/09/2010

Effekt von Mechanostimulation auf 3-D kultivierte osteoarthritische Knorpelzellen

GOTS 25. Jahreskongress, München 2010, 19/06/2010

Train the chondrocytes: Mechanostimulation reverses the catabolic phenotype of human matrix-embedded chondrocytes- a preliminary report

OARSI Kongress, Montreal 2009, 10/09/2009

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