Wissen schafft Heilung

 

    Klinik und Poliklinik für
    Hals-, Nasen- und Ohren-
    heilkunde der TU München

 

Univ.-Prof. Dr. A. Knopf

Ismaninger Str. 22

81675 München

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Tissue Engineering

Der Einsatz von menschlichem Gewebe, welches durch Erkrankungen, chirurgische Eingriffe oder Trauma verloren gegangen ist, stellt ein zentrale Aufgabe des chirurgisch tätigen Arztes dar. Die gängigen Verfahren nutzten hierfür verschiedene biologische Transplantate oder "künstliche" Materialien. "Tissue Engineering" versteht sich als ein innovativer Ansatz zur vollständigen Wiederherstellung von verlorenem Gewebe durch die Verwendung von isolierten, körpereigenen Zellen, die im Labor vermehrt werden und durch Einsatz von Zellträgern und speziellen Kulturbedingungen zu vollwertigem Gewebe heranreifen sollen. Die meisten Erfahrungen zu diesem Verfahren zum Gewebsersatz liegen an Knorpelgewebe vor und weren bereits in begrenztem Umfang zur Behandlung von Gelenkknorpeldefekten eingesetzt. Knorpelgewebe stellt auch im Fach der Hals-Nasen-Ohrenheilkunde ein gängiges Transplantatgewebe dar, jedoch sind die Anforderungen an das gezüchtete Gewebe ungleich komplexer. Das Gewebe, z. B. als Ersatz für eine verlorene Nase oder Ohrmuschel muss u. a. eine ausreichende Formstabilität und Größe aufweisen, was zum jetzigen Zeitpunkt noch nicht erreicht werden kann. Die komplexen klinischen Anforderungen erfordern jedoch häufig den Aufbau bzw. die Rekonstruktion mehrerer Gewebearten, so dass sich unsere Arbeitsgruppe dem Tissue Engineering von Knorpelgewebe und der Entwicklung eines Fettgewebsersatzes als Schwerpunkt widmet. In Zukunft soll die Rekonstruktion weiterer Gewebearten, wie z. B. Speicheldrüse mit den Verfahren des Tissue Engineering möglich werden.

 

Bei der Entwicklung eines Fettgewebsersatzes werden mesenchymale Stammzellen aus einer Gewebeprobe isoliert und in komplexen Arbeitsschritten (spez. Kulturbedingungen, Zellträgermaterialien) differenziertes Fettgewebe gezüchtet. Klinisches Ziel ist es hierbei, Weichteilgewebedefekte erfolgreich substuieren zu können. Indikationen stellen insbesondere Geweberekonstruktionen (z. B. nach Tumorresektion bei Mammakarzinom), die Behandlung komplexer traumatischer Wunden (z. B. nach Verbrennungen) und chronisch offener Wunden und die Behandlung kongenitaler Missbildungen dar. Im Bereich der ästhetischen Chirurgie spielt vor allem die Wiederherstellung von Oberflächenkonturen eine Rolle. Derzeit in der Klinik angewandte Materialien wie Kollagenpräparate oder Silikonimplantate haben wesentliche Nachteile wie die Langzeitresorption, die Gefahr der Bildung fibrotischer Kapseln oder Fremdkörper-bzw. allergische Reaktionen. Körpereigenes Fettgewebe stellt das natürliche Füllmaterial dar, kann jedoch nur mit großem chirurgischem Aufwand transplantiert werden, wobei ohne Gefäßanschluss mit einer hohen Absorptions- und Nekroserate und daraus resultierenden Volumenverlusten zu rechnen ist. Die Bereitstelllung von individuell applizierbarem Fettgewebe mit den Methoden des Tissue Engineerings (TE) stellt eine vielversprechende Alternative zu den derzeit verfügbaren Behandlungsmethoden dar. Insgesamt besteht ein enormer Bedarf, neue Strategien für die Generierung von Fettgewebe mittels Techniken des Tissue Engineerings zu entwickeln. Hierbei sollten indbesondere die Versorgung des Gewebes, vor allem eine rasche Vaskularisierung in vivo, und die Verwendung adäquater Zellträger als wichtiges Ziel berücksichtigt werden.

 

Im Rahmen des Tissue Engineering von Knorpelgewebe werden ebenfalls Untersuchungen zur Entwicklung von patientenindividuellen Knorpeltransplantaten unternommen und mit dem Verffahren des "Rapid Prototyping" und geeigneter Biomaterialien in enger Kooperation mit der Industrie vorangetrieben. Ziel ist die Züchtung komplexer dreidimensionaler Gewebe mit hoher Formstabilität und Gewebeverträglichkeit. Um Transplantate geeigneter Größe herzustellen ist auch hier die Integration an das Gefäßsystem erforderlich. Dabei werden Verfahren zur Neovaskularisation und die sog. Präfabrikation von Lappentransplantaten an verschiedenen Tiermodellen untersucht.

 

Neben den genannten Herausforderungen auf dem Gebiet der rekonstruktiven Chirurgie im Kopf-Hals-Bereich stellt in unserer Arbeitsgruppe die Entwicklung vin injizierbaren Knorpelimplantaten einen Schwerpunkt dar. Diese Implantate können u. a. eine ideale Behandlungsoption für Stimmstörungen nach der Therapie von Kehlkopfkrebs oder bei Vorliegen einer Stimmlippenlähmung bedeuten. Zusätzlich zu histologischen und physikalischen Untersuchungen der gezüchteten Gewebe, wird auch eine Prüfung im Tierversuch angestrebt, um den Einsatz beim Menschen weiter voranzutreiben.

 

Themenschwerpunkte unserer Forschungsgruppe sind daher:

  • Erweiterung des Spektrums des Tissue Engineering auf weitere Gewebearten (z. B. Speicheldrüsengewebe)
  • Die Entwicklung ausreichend großer Transplantate verschiedener Gewebe mit Integration in das Gefäßsystem des Patienten im Tiermodell
  • Die Untersuchung neuartiger Zellträgersysteme (Biomaterialien) zur Sicherstellung der nötigen Gewebestabilität und -verträglichkeit (Poyurethanschäume, modifizierter Fibrinkleber, diverse Hydrogele)
  • Die Untesuchung der gewonnenen Erkenntnisse  an menschlichen Zellen zur ralitätsnahen Überprüfung
  • Einsatz von innovativen Verfahren zur Formgebung von Transplantaten mittels Rapid Prototyping
  • Verbesserung und Anpassung der Zellkuturbedingungen an die klinischen Anforderungen (z. B. in situ O2-Messung)
  • Überprüfung von biologischem Gewebeersatz im Tiermodell zum zukünftigen Einsatz am Menschen (Nacktmaus, Kaninchen)

 

Ansprechpartner

PD Dr. med. K. Storck

Dr. med. M. Buchberger