Meister schaffen künstliches Skelett aus Garnelenschalen und Algen

Ho-Chi-Minh-Stadt : Mithilfe von Chitosan aus Garnelenschalen und Alginat aus Seetang hat Meister Vu Thanh Binh ein künstliches Skelett zur Wiederherstellung fehlender Knochen geschaffen.

MSc. Binh (34 Jahre) arbeitet derzeit im Labor für Gewebetechnik und Regenerative Medizin der Fakultät für Biomedizintechnik der International University (Ho Chi Minh City National University). Ihm und seinem Forschungsteam ist es gelungen, ein Gerüst zu entwickeln, das Knochenzellen hilft, zu haften, sich zu vermehren und zu verkalken, um defekten Knochen zu reparieren.

Dr. Binh erklärte, dass das natürliche Knochengewebe des Körpers Polymerkomponenten wie Kollagenfaserbündel und Hydroxylapatit (Calciumphosphat) enthält. Diese Komponenten bilden eine Knochenstruktur, die Belastungen standhält, Stützfunktionen erfüllt und eine Knochenmarkhöhle bildet. Auf dieser Grundlage entwickelte die Gruppe natürliche Polymere aus Chitosanmaterialien aus Garnelen- und Krabbenschalen sowie Alginatmaterialien aus Algen.

Chitosan und Alginat werden mit Hyaluronsäure, einem in der Synovialflüssigkeit vorkommenden Polymer, kombiniert. Diese trägt dazu bei, die Elastizität zu erhöhen und Schäden an den Gelenkenden zu reduzieren. „Diese drei Materialien müssen miteinander verbunden werden, um ein künstliches Knochengerüst zu bilden“, sagte Meister Binh. Das im Labor hergestellte Knochengerüst hat eine Struktur, die dem natürlichen Knochengewebe am nächsten kommt.

Laut der Gruppe können Rohstoffe mithilfe von Additiven gebunden werden. Diese Methode hat jedoch den Nachteil, dass körperfremde Vernetzungsstoffe zurückbleiben, die für Knochenzellen toxisch sein können. Daher entwickelte die Forschungsgruppe eine Methode, die die Struktur von Rohstoffen durch Hinzufügen funktioneller Gruppen verändert und ihnen so die Fähigkeit zur Selbstbindung ohne den Einsatz von Additiven verleiht.

Meister Vu Thanh Binh prüft den 3D-Biodrucker, der Gel als Tinte zur Herstellung künstlicher Skelette verwendet. Foto: Ha An

Aus dem gelartigen Material bildet das verfestigte Skelett eine poröse Struktur, die natürlichen Knochengewebezellen hilft, sich am Skelett anzuheften und zu vermehren. Dieses künstliche Skelett ist biologisch abbaubar (verschwindet, nachdem menschliche Knochenzellen anhaften und wachsen). Diese Knochenzelle kann eine Matrix absondern, um ein eigenes Knochenskelett zu bilden und den fehlenden Knochen zu ersetzen. Abhängig von den Eigenschaften und der Lage des fehlenden Knochengewebes kann das Team die Zeit des biologischen Abbaus an die Zeit anpassen, in der Knochenzellen absondern und das Skelett bilden.

Laut Dr. Binh benötigen Knochenzellen, abhängig von der Knochenart und dem Ausmaß des Knochenverlusts, mehrere Monate bis Jahre, um ein neues Gerüst zu regenerieren und den fehlenden Bereich vollständig wiederherzustellen.

Das künstliche Knochenmaterial natürlichen Ursprungs liegt in Form eines vom Forschungsteam entwickelten Gels vor. Foto: Ha An

Das Team testete die Technik an Mäusen, indem es sie betäubte und ein Loch in die Schädeldecke bohrte, um einen Knochendefekt zu erzeugen, ohne das Gehirn zu schädigen. Anschließend injizierten sie Gel in den Bereich der Knochendefekte. Nach dem Aufwachen wurden ihre Vitalfunktionen wie Gewicht, Ernährung, Bewegung usw. einen Monat lang überwacht.

Der Autor erklärte, dass das Material in Gelform vorliegt und so, sobald es in die Schädeldecke eindringt, den Defekt unabhängig von seiner Form füllen kann. Innerhalb kurzer Zeit verfestigt sich das Gel und der Prozess der Bildung eines künstlichen Skeletts beginnt. Nach einem Monat tötete das Team die Maus auf humane Weise und führte eine Gehirnoperation durch, um die Fähigkeit des künstlichen Skeletts zur Regeneration von Knochengewebe mithilfe biologischer Gewebefärbemethoden zu untersuchen. Die Ergebnisse zeigten eine 80-90-prozentige Füllungsrate des Defekts an der Schädeldecke der Maus bei hoher Biokompatibilität.

Die Ergebnisse bilden die Grundlage für die Gruppe, um Tests an Großtieren mit pathologischen Zuständen durchführen zu können, die denen des Menschen ähnlicher sind. Dies stärkt die wissenschaftlichen Belege für die Anwendung am Menschen. Laut Master Binh ist es jedoch ein weiter Weg von Tiermodellen bis zur Anwendung am Menschen. Um die Wirksamkeit und Sicherheit des Produkts zu beweisen, sind zahlreiche Prozesse, Verfahren und Ethikkommissionen zu durchlaufen.

In naher Zukunft möchte das Forschungsteam das Gerüstgel zu einer kommerziell nutzbaren Biotinte weiterentwickeln. Das biogedruckte Gel kann künstliche Gerüste für die biomedizinische Forschung und Tierversuche bilden und so teure Importprodukte ersetzen.

Die Form des künstlichen Knochens nach dem Druck im biologischen 3D-Drucker. Foto: Ha An

Laut Dr. Nguyen Thi Hiep, außerordentliche Professorin und Leiterin der Abteilung für Biomedizintechnik an der International University (Ho Chi Minh City National University), forschen Wissenschaftler weltweit seit über zehn Jahren an künstlichen Knochen aus natürlichen Materialien. In Vietnam wurden an Instituten und Hochschulen zahlreiche Studien durchgeführt, die auf die personalisierte Behandlung von Knochenschäden beim Menschen abzielen. Dadurch wird das Problem der Behandlung mit verfügbaren Knochengerüsten überwunden, die oft nicht für jeden Patienten geeignet sind. Die Gruppe entwickelte ein Gel, das nach der Injektion in den Knochendefektbereich geformt und für jeden Patienten geeignet ist.

Außerordentlicher Professor Hiep erklärte jedoch, dass die Forschung Testschritte an Großtieren durchführen müsse, um die Sicherheit und Durchführbarkeit bei größeren Knochengrößen zu beurteilen und klinische Studien am Menschen voranzutreiben. „Mit dieser Forschung beteiligen wir uns an der Suche nach Finanzierungsquellen für groß angelegte Testschritte, die Perfektionierung technologischer Lösungen und leisten einen Beitrag zur Präzisionsmedizin im Land“, sagte Außerordentlicher Professor Hiep.

Ha An

Quellenlink: https://vnexpress.net/thac-si-tao-khung-xuong-nhan-tao-tu-vo-tom-va-rong-bien-4647752.html