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Nanomaterial verstärkt Knochenneubildung deutlich
Ein poröses Calcium-Aluminosilikat-Nanomaterial hat in einem präklinischen Tiermodell die Knochenneubildung gesteigert und den körpereigenen Wachstumsfaktor TGF-β1 etwa zehnmal stärker aktiviert. Nach acht Wochen entstand rund 80 Prozent mehr neuer Knochen als mit einem Kontrollmaterial, für Anwendungen am Menschen sind jedoch weitere Tests nötig.
Sydney (Australien). Größere Knochendefekte heilen oft nicht von selbst und werden deshalb häufig mit körpereigenem Knochen oder anderen Ersatzmaterialien versorgt. Solche Verfahren können zusätzliche Eingriffe erfordern oder vor allem als strukturelle Füllmaterialien wirken. Besonders anspruchsvoll ist die Rekonstruktion des Kieferknochens bei Kindern mit Lippen-Kiefer-Gaumenspalten.
Ein Forschungsteam hat deshalb ein poröses Calcium-Aluminosilikat-Nanomaterial entwickelt, das nicht nur einen Knochendefekt auffüllen, sondern körpereigene Reparatursignale direkt am Defekt aktivieren soll. Der Ansatz wurde bislang in einem präklinischen Tiermodell untersucht und ist noch nicht für die Behandlung von Menschen erprobt.
Im Mittelpunkt steht der Transformierende Wachstumsfaktor Beta 1 (TGF-β1), der im Körper zunächst in einer inaktiven Form vorliegt. Das Calcium-Aluminosilikat-Material kann dieses latente TGF-β1 aktivieren, wodurch Stammzellen zum verletzten Gewebe gelockt und zu knochenbildenden Zellen weiterentwickelt werden sollen.
„Das Material aktiviert ruhende Reparatursignale im Körper und löst dadurch eine Kaskade von Heilungsprozessen aus, die knochenbildende Stammzellen anziehen und neues Knochenwachstum anregen“, erklärt Chun Xu von The University of Sydney.
Anders als Verfahren, die zusätzliche Wachstumsfaktoren zuführen, setzt das Konzept damit auf bereits vorhandene Signalmoleküle. In den Versuchen erreichte das Material bei der Aktivierung des knochenrelevanten Wachstumsfaktors etwa das Zehnfache des mit konventionellen Methoden erzielten Niveaus. Zusätzlich förderten die Partikel die Blutgerinnung innerhalb von rund 30 Sekunden, was den Defekt in einer frühen Heilungsphase stabilisieren könnte.
„Unser Körper enthält bereits viele der Signale, die für die Gewebereparatur nötig sind. Wir haben ein Material entwickelt, das dabei helfen kann, diese Signale am richtigen Ort und zur richtigen Zeit zu aktivieren. Statt externe Wachstumsfaktoren zuzuführen, regen wir den Körper dazu an, sein eigenes Heilungspotenzial zu nutzen“, erklärt Chun Xu.
Entscheidend ist, dass die Signalaktivierung im Versuch tatsächlich mit mehr neuem Knochen einherging, denn nach acht Wochen wies das präklinische Modell mit dem Nanomaterial rund 80 Prozent mehr neu gebildeten Knochen auf als die Materialkontrolle. Die Forscher führen den Effekt auf das Zusammenspiel von TGF-β1-Aktivierung, Anlockung knochenbildender Stammzellen und deren Entwicklung zu knochenbildenden Zellen zurück.
Das Material ist dabei als abbaubare Zwischenstruktur gedacht, die während der Heilung schrittweise durch körpereigenes Gewebe ersetzt werden soll. Damit unterscheidet sich das Konzept von einem rein passiven Füllstoff, weil es zusätzlich biologische Reparaturprozesse am Ort des Defekts anstoßen soll.
Die Ergebnisse stammen aus einem Tiermodell und lassen noch keine Aussage darüber zu, ob das Material bei Menschen ähnlich sicher und wirksam ist. Vor klinischen Studien sind deshalb weitere Untersuchungen zur Sicherheit und Wirksamkeit nötig.