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Belastung macht Zellen fit

Knorpel für Knie und Knöchel werden an der BG transplantiert

Schmerzen im Knie sind meist das erste Warnsignal. Oft leidet der Patient dann unter einem Knorpelschaden: Die Gleitschicht zwischen den Knochen ist geschädigt. Helfen kann ein Knorpeltransplantat. Doch die Züchtung von Knorpelzellen ist aufwändig. Wie man sie verbessern kann, darüber forscht der Orthopäde und Unfallchirurg Bernd Rolauffs.

06.08.2014
  • Angelika Bachmann

Tübingen. Knorpel sind extrem belastbar, halten enormen Druck aus und gleiten glatter als Eis auf Eis. Wie für so viele physiologische Phänomene im menschlichen Körper gilt auch für Knorpel: Sie sind kleine Wunderwerke. Und dem Menschen ist es bislang noch nicht gelungen, in mechanischen Werkstätten, biotechnologischen Labors oder chemischen Verfahren etwas zu erschaffen, das vergleichbar geniale Eigenschaften hätte. Es gibt also keinen Ersatzstoff für geschädigten Knorpel – außer dem, der aus dem Menschen selbst gewonnen wird. Für eine Transplantation müssen Zellen gezüchtet werden.

Knorpel für Knie und Knöchel werden an der BG transplantiert
Der Orthopäde und Unfallchirurg Bernd Rolauffs untersucht, wie Knorpelzellen auf mechanische Strapazen reagieren. Im Bild hält er die Ladekammer für den Bioreaktor in den Händen. Darin befindet sich die rote Nährlösung mit den Knorpelzellen. Bild: Metz

Bei der autologen Knorpelzelltransplantation (ACT) werden dem Patienten körpereigene Knorpelzellen entnommen und anschließend im Labor vermehrt, erklärt Dr. Atesch Ateschrang, Oberarzt an der Tübinger BG-Klinik. Die gezüchteten Knorpelzellen werden dann auf eine Kollagenmatrix aufgetragen und an der geschädigten Stelle implantiert. Rund drei Wochen liegen in der Regel zwischen Zellentnahme und Transplantation.

Seit 1998 werden an der BG-Klinik Knorpelzellen transplantiert. Mit derzeit etwa 80 autologen Knorpelzelltransplantationen im Jahr gehört die Tübinger BG zu den größten Zentren in Deutschland, erklärt Oberarzt Dr. Wilhelm Loewe.

Knorpel für Knie und Knöchel werden an der BG transplantiert
Atesch Ateschrang

Etwa zwei Drittel der Patienten mit Knorpelschaden sind Männer. Denn sie haben öfter eine Fehlstellung der Beine, erklärt Loewe. Bei O-Beinen etwa ist die Innenseite des Kniegelenks immer stärker belastet als die Außenseite. Das kann dazu führen, dass die dort nur etwa 3 bis 5 Millimeter dicke Knorpelschicht zerschlissen wird. Zumal wenn die Gelenke im Sport überlastet werden. Bei Knorpelschäden, betont Loewe, müsse man deshalb solche Fehlstellungen stets mitbehandeln: Wo führen zum Beispiel gerissene oder geschädigte Bänder zu Instabilität der Gelenke? Werden Knorpelschäden nicht repariert, wird das Gelenk krank: Es entsteht Arthrose.

Zur Steigerung der Patientenzahlen trägt bei, dass die Zahl der Extremsportler zunimmt, so Loewe. Zudem registriert man an der BG, dass immer häufiger auch ältere Patienten eine Knorpeltransplantation bräuchten. Doch je älter der Patient ist, desto schwerer lassen sich seine körpereigenen Zellen für ein Implantat vermehren. Alternde Zellen sind träger, lassen sich nicht so einfach zur Zell-Teilung anregen. Schon bei Patienten ab 50 Jahren kann die schlechte Qualität der Knorpelzellen Probleme bereiten.

Knorpel für Knie und Knöchel werden an der BG transplantiert
Wilhelm Loewe

Das Wachstum der Knorpelzellen für ein Implantat lässt sich aber beschleunigen. Setzt man die Knorpelzellen starken Belastungen aus, indem man sie komprimiert und streckt, wachsen sie schneller. Zudem nimmt ihre Belastbarkeit und ihre Lebensdauer zu, erklärt Dr. Bernd Rolauffs, Leiter des Biomechanischen Labors der BG-Klinik. Das lässt sich nutzen, um die Therapie zu verbessern, sagt Rolauffs. Er entwickelt derzeit ein Verfahren, um Knorpelimplantate zu verbessern.

Im Biomechanischen Labor untersucht er, wie Knorpelzellen reagieren, wenn sie in Apparaten mechanischen Strapazen ausgesetzt werden. „Man könnte ihre Leistung verdoppeln“, ist sich Rolauffs sicher. So könnte die Therapie auch älteren Patienten zugute kommen. Zudem können mit herkömmlichen Verfahren nur lokal begrenzte Knorpelschäden repariert werden. Auch das ließe sich ausweiten, wenn die Knorpelzellen schneller wachsen. „Wir wollen das in die Klinik bringen“, sagt Rolauffs.

Allerdings ist das Verfahren bislang noch sehr aufwändig und die Zellzüchtung teuer. Schon mit den bisherigen Techniken ist eine autologe Knorpelzelltransplantation für die Klinik ein Verlustgeschäft: Sie kostet etwa 5000 Euro, die Krankenkasse erstattet 3000 Euro. Den Rest, sagt Loewe, legt die Klinik drauf.

Das häufigste Verfahren zur Therapie von Knorpelschaden ist die autologe Knor pelzelltransplantation (ACT). Dabei werden dem Patienten Knorpelzellen entnommen und im Labor gezüchtet. Das Verfahren eignet sich für lokal begrenzte Knorpelschäden (bis 22 Quadratzentimeter). Bei sehr kleinen Schäden (bis zu 3 Quadratzentimeter) kann auch die Mikrofrakturierung zum Einsatz kommen. Dabei wird der Knochen des Patienten angebohrt, sodass es zu einer kleinen Blutung kommt. Die Stammzellen im austretenden Knochenblut wandeln sich im Gelenk um und wachsen zu Knorpelzellen heran. Eine neue Technik, das so genannte Amic-Verfahren, ist eine Kombination der beiden obigen Techniken.

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06.08.2014, 12:00 Uhr

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