Tissue Engineering hat sich aus dem Bereich der Entwicklung von Biomaterialien entwickelt und bezieht sich auf die Kombination von Gerüsten, Zellen und biologisch aktiven Molekülen zu funktionellen Geweben. Ziel des Tissue Engineering ist es, funktionelle Konstrukte zu schaffen, die beschädigtes Gewebe oder ganze Organe wiederherstellen, erhalten oder verbessern.
Regenerative Medizin ist ein weites Feld, das Tissue Engineering umfasst, aber auch die Forschung zur Selbstheilung einschließt – bei der der Körper seine eigenen Systeme nutzt, manchmal mit Hilfe von fremdem biologischen Material, um Zellen neu zu bilden und Gewebe und Organe wieder aufzubauen. Die Begriffe „Tissue Engineering“ und „regenerative Medizin“ sind weitgehend austauschbar geworden, da man sich in diesem Bereich auf die Heilung statt auf die Behandlung komplexer, oft chronischer Krankheiten konzentrieren will.
Dieser Bereich entwickelt sich ständig weiter. Neben medizinischen Anwendungen gibt es auch nicht-therapeutische Anwendungen wie die Verwendung von Gewebe als Biosensoren zum Aufspüren biologischer oder chemischer Bedrohungen und Gewebechips, die zur Prüfung der Toxizität eines experimentellen Medikaments verwendet werden können.
Wie funktionieren Tissue Engineering und regenerative Medizin?
Zellen sind die Bausteine von Gewebe, und Gewebe sind die grundlegende Funktionseinheit des Körpers. Im Allgemeinen bilden und sezernieren Zellgruppen ihre eigenen Stützstrukturen, die so genannte extrazelluläre Matrix. Diese Matrix, auch Gerüst genannt, dient nicht nur zur Unterstützung der Zellen, sondern auch als Relaisstation für verschiedene Signalmoleküle. Auf diese Weise erhalten die Zellen Nachrichten aus vielen Quellen, die aus der lokalen Umgebung zur Verfügung stehen. Jedes Signal kann eine Kette von Reaktionen auslösen, die bestimmen, was mit der Zelle geschieht. Wenn die Forscher verstehen, wie einzelne Zellen auf Signale reagieren, mit ihrer Umgebung interagieren und sich zu Geweben und Organismen organisieren, können sie diese Prozesse manipulieren, um beschädigte Gewebe zu reparieren oder sogar neue zu schaffen.
Der Prozess beginnt oft mit dem Aufbau eines Gerüsts aus einer Vielzahl möglicher Quellen, von Proteinen bis zu Kunststoffen. Sobald die Gerüste hergestellt sind, können Zellen mit oder ohne einen „Cocktail“ von Wachstumsfaktoren eingebracht werden. Wenn das Umfeld stimmt, entwickelt sich ein Gewebe. In einigen Fällen werden Zellen, Gerüste und Wachstumsfaktoren auf einmal zusammengemischt, so dass sich das Gewebe „selbst zusammensetzt“.
Eine andere Methode zur Schaffung neuen Gewebes verwendet ein vorhandenes Gerüst. Die Zellen eines Spenderorgans werden entnommen, und das verbleibende Kollagengerüst wird für das Wachstum neuen Gewebes verwendet. Dieses Verfahren wurde bereits für das Bioengineering von Herz-, Leber-, Lungen- und Nierengewebe eingesetzt. Dieser Ansatz ist sehr vielversprechend für die Verwendung von Gerüsten aus menschlichem Gewebe, das bei Operationen entsorgt wird, und die Kombination mit patienteneigenen Zellen zur Herstellung maßgeschneiderter Organe, die vom Immunsystem nicht abgestoßen werden.
Wie fügen sich Tissue Engineering und regenerative Medizin in die aktuelle medizinische Praxis ein?
Derzeit spielt die Gewebezüchtung bei der Behandlung von Patienten eine relativ kleine Rolle. Es wurden bereits zusätzliche Blasen, kleine Arterien, Hauttransplantate, Knorpel und sogar eine vollständige Luftröhre in Patienten implantiert, aber die Verfahren sind noch experimentell und sehr kostspielig. Komplexere Organgewebe wie Herz-, Lungen- und Lebergewebe wurden zwar erfolgreich im Labor nachgebildet, sind aber noch weit davon entfernt, vollständig reproduzierbar zu sein und einem Patienten implantiert werden zu können. Diese Gewebe können jedoch in der Forschung, insbesondere in der Arzneimittelentwicklung, sehr nützlich sein. Die Verwendung von funktionstüchtigem menschlichem Gewebe für das Screening von Medikamentenkandidaten könnte die Entwicklung beschleunigen und wichtige Instrumente für eine personalisierte Medizin bereitstellen, während gleichzeitig Geld gespart und die Zahl der für die Forschung verwendeten Tiere verringert wird.
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