Nach Unfällen oder einer Tumor-OP sind oft die Knochen so geschädigt, dass Ärzte dann gesundes Knochengewebe transplantieren oder künstliches Material verwenden müssen. Nicht immer mit dem gewünschten Erfolg. Forscher der Universität Duisburg-Essen (UDE) haben nun eine Paste aus Nanopartikeln entwickelt, die in die Defekte gespritzt werden kann und sie dann besser heilen lässt. Der Trick: Die Forscher kombinieren das synthetisch hergestellte Knochenmineral Calciumphosphat mit DNA.
Normalerweise ist der Knochen ein sich gut selbst regenerierendes System: Bei einem Bruch wandern schnell erst Bindegewebszellen, dann knochenbildende Zellen an die defekte Stelle und sorgen für die Bildung neuen Knochengewebes. Doch es gibt Fälle, da stockt dieser natürliche Heilungsprozess, beispielsweise, wenn das umliegende Knochengewebe schlecht durchblutet oder durch eine Bestrahlung geschädigt ist. In solchen Fällen hilft meist nur eine Operation. „Die Behandlung von Knochendefekten ist für Chirurgen eine echte Aufgabe“, erklärt Studienleiter Matthias Epple von der Universität Duisburg-Essen (UDE). Wenn es möglich ist, werde dem Patienten dafür gesundes Knochengewebe an anderer Stelle, etwa aus dem Beckenkamm, entnommen und an die defekte Stelle verpflanzt.
„Weil es davon aber nur eine begrenzte Menge gibt, greifen sie auch auf synthetisches, also künstliches Material zurück“, so Epple. Dabei wird sehr gerne Calciumphosphat verwendet, denn es ist das anorganische Mineral, das im Knochen ohnehin als Nanokristall zu finden ist. Dem Körper ist es damit bekannt, was es zu einem geeigneten Träger macht. Außerdem führen die in ihm enthaltenen Calcium- und Phosphat-Ionen zu einer verbesserten Knochenbildung. So ein Ersatz ist dennoch nicht ohne: Er heilt wesentlich schlechter ein als echter Knochen, die Infektionsgefahr ist größer und die mechanische Stabilität könnte besser sein.
Heilende Kaskade durch Kombination mit DNA
Epples Team hat nun künstliche Calciumphosphat-Nanokristalle mit Nukleinsäuren, also DNA, beschichtet und daraus eine Paste erzeugt. Wenn diese in einen Knochendefekt gespritzt wird, löst dies eine Kette von Prozessen aus, die für die Heilung günstig sind: „Zellen nehmen die Nanopartikel auf, dann löst sich das Calciumphosphat auf und die freigesetzte DNA stößt die Bildung von zwei Proteinen an, die für eine Heilung wichtig sind“, erklärt Epple. „Da ist zum einen BMP-7, das die Knochenbildung anregt, zum andern VEGF-A, das dafür sorgt, dass Blutgefäße entstehen. So kann der neugebildete Knochen mit Nährstoffen versorgt werden.“
Die UDE-Forscher erwarten, dass die Wirkung der Paste lange anhält, da die Nanopartikel nach und nach freigesetzt werden und somit permanent die umgebenden Zellen stimulieren. Dass es funktioniert, haben sie bereits an drei Zelltypen – Hautzellen, knochenbildenden Zellen und Bindegewebszellen – nachgewiesen. Jetzt müssen noch weitere Tests gemacht werden. „Wir hoffen“, so Epple, „dass unsere Entwicklung in einigen Jahren in der Unfallchirurgie und auch bei der Behandlung von Osteoporose helfen kann.“ (Journal RSC Advances, 2013; doi: 10.1039/C3RA23450A)
(Universität Duisburg-Essen, 21.02.2013 – NPO)
