Medizin: Seide und Stammzellen helfen bei der Reparatur gerissener Sehnen

Sehnenverletzungen sind oft langwierig und schmerzhaft, und wenn eine Sehne gerissen ist, heilt sie häufig auch nur noch unvollständig. Das kann insbesondere bei Profisportlern, aber natürlich auch bei anderen Menschen, zu Einschränkungen führen. Eine Kombination aus Stammzellen und einem Gerüst aus Seidenfasern und. Hydrogel könnte Abhilfe schaffen. Auf dem Gerüst heranwachsende Zellen bilden eine Ersatzsehne, die danke der Seidenfasern die nötige Festigkeit erreicht. Erste Tests mit Ratten verliefen erfolgreich.

Bild: Terasaki Institute For Biomedical Innovation

Verheilte Sehnen sind oft weniger stabil

Bei Sehnen handelt es sich um Verbundfasern aus parallelen Kollagenfasern und eingelagerten Mineralkristallen, die zugleich sehr flexibel und haltbar sind. Sie dienen als Verbindung zwischen Muskeln und Knochen und müssen dabei enormen Kräften standhalten. Wenn sie reißen, dauert die Heilung oft Wochen, in manchen Fällen sogar Monate. Nach dem Heilungsprozess ist die Sehne häufig weniger stabil als vorher und kann somit auch leichter wieder reißen.

Gründe für die geringere Haltbarkeit der verheilten Sehnen sind sowohl die Bildung von Narbengewebe als auch eine gestörte Anordnung der Fasern. Diese wachsen nicht mehr parallel, sondern quer und teilweise ungeordnet wieder zusammen. Das Implantieren einer Spendersehne oder eines künstlichen Ersatzes kann eine Lösung sein, die jedoch relativ aufwändig und risikoreich ist.

Mischung aus natürlicher Heilung und synthetischem Ersatz

Forscher:innen rund um Yumeng Xue von der University in California in Los Angeles haben nun möglicherweise einen Mittelweg zwischen der natürlichen Heilung und synthetischem Ersatz gefunden. Bei Ihrer Suche nach Möglichkeiten, Stammzellen dazu zu bringen, die durchtrennte Sehne effektiv zu reparieren, haben die Wissenschaftler:innen eine Art Gerüst entwickelt, an dem sich die Zellen während des Wachstums orientieren können und das dem Sehnenersatz mehr Stabilität verleiht.

Dreh- und Angelpunkt des Gerüsts ist Fibroin, ein Faserprotein, das in Sseide vorkommt. Diese Nanofaser wird von einer Seidenraupe namens Bombyx mori erzeugt, ist bioverträglich, sehr haltbar und besitzt eine hohe Zugfestigkeit, die an die einer Sehne herankommt. Allerdings bietet Fibroin für Zellen kaum Halt, sodass es alleine nicht geeignet ist, ein Gerüst für die Gewebezucht zu bilden.

Xue und sein Team haben das Fibroin daher mit einem Hydrogel namens Gelatin-Methacryloyl (GelMA) verbunden. Dieses bietet den Stammzellen ausreichend Halt. „Die synergistische Wirkung des für die Gewebezucht günstigen Hydrogels mit den strukturellen Vorteilen des Seidenfibroins machen unser Verbundmaterial gut geeignet für die Sehnenreparatur„, so Hanjun Kim, der an der Entwicklung des Gerüsts beteiligt war.

Erste Tests verliefen erfolgreich

Das Gerüst konnte sich bereits in ersten Tests bewähren. In Versuchen konnten die Forscher:innen zeigen, dass Stammzellen auf den Schichten aus Fibroin und Hydrogel schneller wachsen und feste Verbindungen zu dem Gerüst bilden können. Außerdem konnte das Team experimentell zeigen, dass im Falle zerrissener Sehnenenden das Ersatzgewebe dank des Gerüsts schnell einwachsen kann und sich aus den aus den Stammzellen differenzierten Zellen neues Sehnengewebe heranbildet.

Außerdem haben die Forscher:innen den Sehnenersatz auch bei Ratten mit vorher durchtrennter Achillessehne getestet. Sie pflanzten den Tieren die mit Stammzellen versetzten Gerüste zwischen den Sehnenenden ein. Die neuen Implantate wuchsen schnell und führten zu einer vollständigeren Heilung als es bei der Kontrollgruppe der Fall war. „ istologische Analysen und Immunofluoreszenzfärbung zeigen, dass diese Gerüste auch in vivo eine verbesserte Geweberegeneration bewirken„, so die ForscherInnen.

Bevor die Methode an Menschen getestet werden kann, sind allerdings noch weitere Tests nötig. Allerdings gehen die Forscher:innen davon aus, dass die Methode auch bei Menschen erfolgreich sein wird. „ Die Kombination von Seidenfibroin und GelMA kann helfen, die therapeutischen Ergebnisse zu verbessern und die Schwierigkeiten des Tissue-Engineering bei der Sehnen-Regeneration zu überwinden„, so die Wissenschaftler:innen.

via Terasaki for Biomedical Innovation