Tissue Engineering: Künstlicher Gewebeersatz aus vitalen Komponenten

Zusammenfassung

Tissue Engineering, ein noch sehr junges Forschungsgebiet, hat in den letzten Jahren rasch an Bedeutung gewonnen. Es beruht insbesondere auf einer interdisziplinären Zusammenarbeit der Bereiche Biomaterialentwicklung, Zellbiologie und Zellkulturtechnik. Im Vordergrund steht die Herstellung bioartifizieller Konstrukte oder Gewebe aus lebenden Zellen bzw. Zellmatrix und Biomaterialien. Moderne Zelltechniken ermöglichen jetzt erstmals die Entwicklung lebender Ersatzgewebe für den Einsatz in Klinik und Forschung. Konzepte: Biomaterialien bieten eine dreidimensionale Struktur, um ein Gewebe zu formen oder ein Gewebewachstum zu leiten. Isolierte Knorpelzellen eines Patienten können in einer resorbierbaren Faserstruktur verteilt werden und ein neues Gewebe ausbilden. Um eine ausreichende Menge autologer Zellen zu erhalten, müssen Zellen von Biopsien in Monolayer vermehrt werden. Dedifferenzierte und undifferenzierte mesenchymale Zellen sind für die künstliche Herstellung von Knorpel und Knochen denkbar. Relativ hohe Zelldichten in den dreidimensionalen Kulturen erfordern Perfusionstechniken, um die Kulturbedingungen zu stabilisieren. Für die Differenzierung der künstlichen Gewebe spielen morphogene Faktoren, z.B. BMPs (bone morphogenetic proteins), eine Schlüsselrolle. Schlußfolgerung: Die Techniken des Tissue Engineering eröffnen neue Möglichkeiten für die Entwicklung lebender Ersatzgewebe für den Einsatz in der Klinik. Gewebedefekte können so mit gezüchteten autologen Zellen repariert bzw. gefüllt werden, ohne langfristig auf künstliche Materialien angewiesen zu sein. Das Tissue Engineering eröffnet aber auch neue Ansätze für die Entwicklung von In-vitro-Modellen der extrazellulären Matrix oder Erkrankungen, bei denen vorwiegend diese Matrix betroffen ist. Dieser Beitrag soll aktuelle Untersuchungen des Tissue Engineerings darstellen und das medizinische Potential, insbesondere für die rekonstruktive Chirurgie, analysieren.

Summary

Tissue engineering as a new field of research has gained increasing importance in recent years. The interdisciplinary field combines, biomaterials cell biology, and cell culture bioengineering technology. The main focus of tissue engineering is the synthesis of artificial constructs or tissues based on vital cells or cell matrix. Biomaterials provide a three-dimensional structure to shape or guide tissue development. Isolated cartilage cells from a patient can form new tissues when suspended in non-woven resorbable polymers for reconstructive surgery. To achieve sufficient amounts of autologous cells for transplant formation, cells from biopsies have to be multiplied in monolayer culture. Dedifferentiated and undifferentiated mesenchymal cells may be used for bone and cartilage engineering. High cell densities in three-dimensional cultures require perfusion techniques to stabilize culture conditions. Morphogenetic factors such as BMP (bone morphogenetic protein) are thought to play a key role in inducing and controlling phenotypic tissue formation. In conclusion, modern in vitro approaches open new avenues for the development of vital tissue replacements for the clinic. Tissues can be repaired with the patient's own cells eventually leaving no residual artificial materials. Tissue engineering further provides new approaches for in vitro models of the extracellular matrix or diseases which mainly affect this matrix such as rheumatoid arthritis or osteoarthritis. This article describes recent developments in connective tissue engineering and discusses the potential for human tissue repair and reconstructive surgery.

Schlüsselwörter

Tissue Engineering - Knorpeltransplantation - Zelldifferenzierung - Gewebekultur - Zelltransplantation - Resorbierbare Polymere - Perfusion

Key words

Tissue Engineering - Cartilage transplantation - Cell differentiation - Tissue culture - Cell transplantation - Resorbable polymers - Perfusion