Implantate, die aus eigenen Zellen hergestellt werden, können Rückenschmerzen lindern
Rücken- und Nackenschmerzen sind häufig das Ergebnis der fortschreitenden Schädigung der Bandscheiben, die die Wirbelkörper trennen. Dank neuer multidisziplinärer Forschung haben wir möglicherweise bald eine bessere Lösung für dieses Problem: biotechnologisch hergestellte Scheiben, die aus den eigenen Zellen einer Person gewachsen sind.
Bandscheibendegeneration ist ein häufiges Problem, das einen großen Teil der Bevölkerung betrifft.
In der Regel funktionieren gesunde Bandscheiben, indem sie die Belastung der Wirbelsäule absorbieren, während wir uns bewegen, und unsere Haltung ähnlich wie bei einer Fahrzeugfederung anpassen.
Wenn diese Bandscheiben abgenutzt sind, kann dies zu Schmerzen in verschiedenen Bereichen des Rückens oder Nackens einer Person führen.
Bisher umfassen Behandlungen zur Behandlung der Bandscheibendegeneration eine Wirbelsäulenfusionsoperation und das Ersetzen der beschädigten Bandscheiben durch künstliche.
Diese Ansätze bringen jedoch nur begrenzte Vorteile, da sie die volle Funktion der Bandscheiben, die sie ersetzen, nicht wiederherstellen können.
Ein multidisziplinäres Forschungsteam der Perelman School of Medicine der University of Pennsylvania, der School of Engineering and Applied Science und der School of Veterinary Medicine versucht nun, dieses Problem durch die Entwicklung biotechnologisch hergestellter Bandscheiben zu lösen, die aus den eigenen Stammzellen eines Individuums hergestellt werden.
Stammzellen sind undifferenzierte Zellen, die das Potenzial haben, sich in spezialisierte Zellen zu „transformieren“. Aus diesem Grund stehen sie im Mittelpunkt mehrerer medizinischer Forschungsstudien, einschließlich der aktuellen.
Die Forscher der University of Pennsylvania haben in den letzten 15 Jahren an biotechnologisch hergestellten Scheibenmodellen gearbeitet - zuerst in Laborstudien, dann in Kleintierstudien und zuletzt in Großtierstudien.
„Dies ist ein wichtiger Schritt: Eine so große Bandscheibe im Labor wachsen zu lassen, sie in den Bandscheibenraum zu bringen und sie dann in das umgebende native Gewebe zu integrieren. Das ist sehr vielversprechend “, sagt Prof. Robert L. Mauck, Co-Senior-Autor der aktuellen Studie.
„Der derzeitige Pflegestandard stellt die Disc nicht wirklich wieder her. Wir hoffen daher, dass wir mit diesem technischen Gerät sie auf biologische, funktionelle Weise ersetzen und den vollen Bewegungsumfang wiedererlangen können“, fügt er hinzu.
Tierversuche bisher erfolgreich
Zuvor testeten die Forscher die neuen Scheiben - sogenannte „Disc-like Angle Ply Structures“ (DAPS) - 5 Wochen lang in Rattenschwänzen.
In der neuen Studie, deren Ergebnisse in der Zeitschrift erscheinen Wissenschaftliche translationale MedizinDas Team hat die technischen Scheiben noch weiterentwickelt. Anschließend testeten sie das neue Modell - „Endplate-Modified DAPS“ (eDAPS) genannt - erneut an Ratten, diesmal jedoch bis zu 20 Wochen.
Die neue Struktur der biotechnisch hergestellten Scheibe ermöglicht es ihr, ihre Form besser beizubehalten und sich leichter in das umgebende Gewebe zu integrieren.
Nach mehreren Tests - MRT-Scans und mehreren eingehenden Gewebe- und mechanischen Analysen - stellten die Forscher fest, dass eDAPS im Rattenmodell die ursprüngliche Struktur und Funktion der Bandscheibe effektiv wiederherstellte.
Dieser anfängliche Erfolg motivierte das Forscherteam, eDAPS bei Ziegen zu untersuchen, und sie implantierten das Gerät in die Halswirbelsäule einiger Tiere. Die Wissenschaftler entschieden sich für die Arbeit mit Ziegen, da die Halswirbelscheiben von Ziegen, wie sie erklären, ähnliche Dimensionen haben wie Menschen.
Darüber hinaus haben Ziegen eine halb aufrechte Statur, so dass die Forscher ihre Studie den Versuchen am Menschen 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 sich das eDAPS gut in das umgebende Gewebe einfügte und die mechanische Funktion der Bandscheiben zumindest mit der der ursprünglichen Halsscheiben der Ziegen übereinstimmte, 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, Co-Senior-Autor der Studie.
"Wenn man sich den Erfolg mechanischer Geräte in der Literatur ansieht, gibt es meines Erachtens einen sehr guten Grund, optimistisch zu sein, dass wir denselben Erfolg erzielen könnten, wenn nicht sogar mit den technischen Scheiben."
Dr. Harvey E. Smith
Die Forscher sagen, dass der nächste Schritt die Durchführung weiterer, umfassenderer Versuche an Ziegen beinhalten wird, die es den Wissenschaftlern ermöglichen werden, besser zu verstehen, wie gut eDAPS funktioniert.
Darüber hinaus plant das Forschungsteam, eDAPS in Modellen der Bandscheibendegeneration beim Menschen zu testen, 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: "Die Verwendung eines echten bewegungserhaltenden Ersatzgeräts aus Gewebezüchtung bei der Endoprothetik dieser Art ist nicht unser Ziel habe noch in der Orthopädie getan. "
"Ich denke, es wäre ein Paradigmenwechsel dafür, wie wir diese Wirbelsäulenerkrankungen wirklich behandeln und wie wir uns der bewegungsschonenden Rekonstruktion von Gelenken nähern", fährt er fort.
