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Künstliches Knochengewebe in der Kieferchirurgie
Tissue Engineering ist das Stichwort für die Züchtung von künstlichem Gewebe aus körpereigenen Zellen. In der Klinik für Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie der Universität Freiburg haben Wissenschaftler aus der Arbeitsgruppe von Privatdozent Dr. Dr. Ralf Gutwald eine Reihe von biotechnologischen Verfahren für Transplantationen mit gezüchtetem Gewebe entwickelt, die vor allem der Kieferchirurgie zugute kommen.
Passgenau: ein gezüchtetes Stück Knochen vor der Implantation in den Kiefer
Krankhafter Schwund des Kieferknochens war eine der ersten Indikationen, bei der Mitte der 90er-Jahre neue Gewebetechniken eingesetzt wurden. Wenn sich der Mundboden und Mundvorhof anheben, kann der Kieferkamm die eingesetzte Prothese nicht mehr halten. Um der Prothese zu mehr Festigkeit zu verhelfen, züchteten die Mediziner aus Zellen der Mundschleimhaut einen Zellrasen, der an Stelle der beweglichen Schleimhaut transplantiert wurde. „Mit der fest sitzenden Schleimhaut und damit relativen Absenkung des Mundvorhofes kann die Prothese besser haften“, erklärt Gutwald.
Schleimhaut aus dem Labor
Zusammen mit den Kollegen aus der Urologie entwickelten die Gewebespezialisten eine Methode, von Geburt an falsch eingefügte Harnröhren zu korrigieren. Betroffen sind vor allem Kinder, bei denen eine künstliche Harnröhre mit Schleimhautgewebe aus der Mundhöhle ummantelt wird. „Es besteht die Gefahr, dass die Stelle, an der die Schleimhaut entnommen wurde, vernarbt“, sagt Gutwald. Damit die Kinder später normal den Mund öffnen und lachen können, werden vor der Operation körpereigene Schleimhautzellen angezüchtet, die später in die Mundhöhle transplantiert werden. Sie ersetzen das fehlende Gewebe und verhindern die Narbenbildung.
Dass bei der Verpflanzung von Weichgewebe Hautteile zum Beispiel vom Schenkel durch Gewebezüchtung ersetzt werden können, verdankt der Patient einer besonderen Eigenschaft von Hautzellen. Kleine Proben von Zellen der Epidermis, vor allem Keratinozyten oder ihre Vorläuferzellen, können mit einer spezifischen Nährlösung zusammen mit körpereigenem Serum in der Laborschale weiter wachsen. Aus den kleinen Zellinseln entsteht ein zusammenhängender Zellrasen, der in der ursprünglichen Kultur bald an seine Grenzen stößt.
Knochen aus eigenen Zellen
Wird der Zellrasen auf mehrere Schalen verteilt und zwei bis vier Wochen kultiviert, lässt sich die Zellkultur auf eine biologische Matrix in Form einer passenden Folie aus Fibrin oder Kollagen übertragen. „Die Zellen wachsen teils mehrschichtig, aber noch ungeordnet“, so Gutwald und können als Weichteilgewebeersatz transplantiert werden. Die biologische Matrix wird im Körper des Patienten abgebaut. Nach spätestens drei Monate weisen die transplantierten Zellen den normalen Schichtaufbau der Haut auf.
Natürliche Basis: Die vier Implantate links oben sitzen auf gezüchteten und implantierten Knochenstücken
Bei Zahnverlust zieht sich der seitliche Oberkieferknochen so weit zurück, dass keine künstlichen Zahnwurzeln verankert werden können. Bei dieser Indikation haben die Kieferchirurgen früher Knochenchips vor allem aus dem Beckenkamm transplantiert, um den Knochen zu ersetzen. „Die Patienten klagen überwiegend über Schmerzen in der Entnahmeregion“, sagt der Chirurg. Durch Techniken der Gewebezüchtung entfällt dieser Nachteil. Kleine Proben von Vorläuferzellen der knochenbildenden Osteoblasten, die sich früher und öfter teilen, werden dem Patienten acht Wochen vor der Operation in einem minimalen Eingriff entnommen. In der Kultivierungsphase lassen sie sich leicht zu Osteoblasten differenzieren.
Weltpremiere in der Kieferchirurgie
Auf einem Vlies aus resorbierbarem Trägermaterial mit Fibrin als „Kleber“ beginnt die Knochenbildung. Die Kieferchirurgen der Freiburger Klinik waren die ersten, die beim so genannten Sinuslift gezüchtete Osteoblasten einsetzten. Der Kiefernhöhlenboden samt der Schleimhaut wird angehoben und mit den gezüchteten Knochentransplantaten aufgefüllt. „Der Einsatz von künstlichem Knochengewebe war in unserem Fachgebiet eine Weltpremiere“, sagt Gutwald.
Der Erfolg bei der Arbeit mit künstlich gezüchteten Transplantaten führt zu neuen Forschungsprojekten. Zusammen mit dem Materialforschungszentrum arbeiten die Gewebespezialisten an einem „Bioplotter“. „Wir sind an größeren Konstrukten interessiert“, erklärt Gutwald. Mit der hoch technischen Apparatur sollen über Daten zum Beispiel aus dem Computertomografen aus Knorpel-, Knochen- Bindegewebe- und Hautzellen zusammengesetzte Implantate individuell nach den Bedürfnissen des Patienten gestaltet werden. „Die ersten Entwürfe sind bereits im Tiermodell getestet worden“.
Von Versuchen mit adulten Stammzellen versprechen sich die Wissenschaftler unter anderem eine erhebliche Verkürzung der Gewebezüchtung zur Knochenregeneration. „Wir könnten mit neuen Methoden den Patienten ihre körpereigenen Zellen sehr viel schneller zurückgeben.“
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Kontakt:
Dr. Dr. Ralf Gutwald
Klinik für Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie
Universitätsklinikum Freiburg
Hugstetter Straße 55
79106 Freiburg
Tel.: 0761 270 4914
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