Meniskusverletzungen: 3D-gedrucktes Hydrogel weckt Hoffnung

Meniskusrisse zählen zu den häufigsten Knieverletzungen und stellen sowohl für Patientinnen und Patienten als auch für Fachleute eine große Herausforderung dar. 

Die bisherigen Behandlungsmöglichkeiten sind je nach Art des Risses oft begrenzt und führen nicht immer zum gewünschten Heilungserfolg. Nun könnte eine innovative Entwicklung der University of Pennsylvania in den USA neue Hoffnung bringen: Ein speziell entwickeltes Hydrogel, das mithilfe von 3D-Druck hergestellt wird und aus Kuhmeniskus gewonnen wurde, könnte die Heilung von Meniskusrissen unterstützen.

Proteine aus dem Meniskusgewebe von Kühen extrahiert

Hydrogele sind flexible, wasserabsorbierende Materialien, die bereits in vielen Alltagsprodukten wie Kontaktlinsen und Windeln zum Einsatz kommen. Das Forschungsteam entwickelte eine spezielle Variante dieses Materials, indem es Proteine aus dem Meniskusgewebe von Kühen extrahierte. 

Diese Proteine förderten in Versuchen das Wachstum neuer Zellen, die gezielt zur Reparatur des verletzen Meniskus beitragen, und dienten gleichzeitig als Gerüst für die neue Gewebestruktur. Um Abstoßungsreaktionen zu vermeiden, wurden Zellbestandteile aus dem Kuhgewebe entfernt, ohne die ursprüngliche Struktur zu beeinträchtigen. Dies reduziert das Risiko von Immunreaktionen nach der Implantation und erhöht sowohl die Sicherheit als auch die Wirksamkeit der Behandlung.

Hydrogel für Kniespezialisten "gut vorstellbar"

Noch ist die Entwicklung in einem experimentellen Stadium und auf Laborbedingungen begrenzt. Christian Albrecht, Leiter der Sportorthopädie im Orthopädischen Spital Speising in Wien, kann sich aber "gut vorstellen, dass das Gel die Selbstheilung des Meniskus unterstützen kann". Es werde "sehr viel auf diesem Gebiet geforscht und es gibt auch schon andere künstliche Meniskus-Materialien, etwa ein Kollagen-Trägermaterial, das aber nur bei sehr speziellen Fällen eingesetzt werden kann". Wichtig sei, "dass das Hydrogel oder andere verwendete Materialien vom Körper gut angenommen werden – Ziel ist immer, dass sich das Material, das ich einsetze, mit der Zeit abbaut und durch körpereigenes Gewebe ersetzt wird", sagt Albrecht. Auch das in der Studie untersuchte Hydrogel diene als Platzhalter. 

"Zusätzlich sollte ein solches Material auch biomechanische Eigenschaften haben, das heißt, es sollte belastbar sein, sodass der Patient von Anfang an ein bisschen aufsteigen kann und nicht allzu lange entlasten muss. Man muss es bei der OP auch in die richtige Form bringen können – wenn es nicht bereits durch den 3D-Drucker anhand von MRT-Bildern in der richtigen Form und Größe hergestellt wird", betont Kniespezialist Albrecht. 

Möglicherweise vollständigere Genesung

Mittels 3D-Druck kann das Hydrogel laut den Studienautoren an die spezifischen Gewebeeigenschaften des Meniskus angepasst werden. Eine passgenaue Struktur ist entscheidend, da ungenaues Gewebe die Heilung erheblich beeinträchtigen könnte. "In unseren Tierstudien haben wir gesehen, dass sich das Hydrogel gut in das umgebende Gewebe integriert und den Patienten so möglicherweise eine vollständigere Genesung ermöglicht", sagt der beteiligte Forscher Se-Hwan Lee. Und weiter: "Es handelt sich um eine präzisere, biologisch abgestimmte Lösung. Wir glauben, dass sie aktuelle Behandlungen übertreffen könnte." Derzeitige Methoden könnten die komplexen Anforderungen der Meniskusverletzungen nicht immer erfüllen, was zu einer schlechten Heilung führen könne. 

Derzeit arbeitet das Forschungsteam daran, die bisherigen Untersuchungen von kleinen Säugetieren auf größere Tiermodelle auszuweiten. Dies sei ein wichtiger Schritt, um die Wirksamkeit des neuen Verfahrens weiter zu erforschen und eine mögliche klinische Anwendung vorzubereiten.

Ersatz und Transplantation teilweise jetzt schon möglich

Schon jetzt kann, wenn ein größerer Teil des Meniskus fehlt, ein Ersatz oder ein Transplantat von einem Spender eingesetzt werden. Das Hydrogel soll eine Weiterentwicklung dieser Methoden sein und auch schon bei kleineren Defekten ein Auffüllen des geschädigten Gewebes ermöglichen. „Derzeit muss in den meisten Fällen ein Teil des Meniskus entfernt werden oder der Meniskus kann unter Umständen genäht werden. Dazu müssen aber immer gewisse Voraussetzungen erfüllt sein, sodass nicht jede Behandlungsmethode bei jedem Riss möglich ist“, betont Albrecht. 

Der Meniskus erfüllt eine essenzielle Funktion als Stoßdämpfer im Knie. Zu Rissen kommt es am häufigsten durch natürlichen Verschleiß des Knorpelgewebes im Lauf der Zeit (degenerativer Meniskusriss). Dies tritt häufig bei Menschen ab einem Alter von 50 bis 60 Jahren auf oder bei Personen, die über viele Jahre hinweg hohe Belastungen auf das Kniegelenkt ausgeübt haben. Weitere häufige Ursachen sind Sportverletzungen, etwa beim Skifahren, Fußball spielen und generell Kontakt- sowie Stop-and-Go-Sportarten, die das Knie belasten.

Um Meniskusverletzungen vorzubeugen, helfe eine gute muskuläre Stabilisierung des Kniegelenks, etwa durch regelmäßige Bewegung und Sport. Auch Übergewicht spielt eine Rolle und belastet das Knie bei jeder Bewegung zusätzlich, wodurch Meniskusverletzungen wahrscheinlich werden.