Tissue Engineering: Muskel

Plastische Chirurgie

Direktor:
Prof. Dr. med. Dr. h. c. Raymund E. Horch

Tissue Engineering von Skelettmuskelgewebe – Myogenese und Muskelregeneration

Der Verlust funktionellen Muskelgewebes durch angeborene Muskelerkrankungen, Tumore oder Traumata stellt ein schwer zu lösendes Problem in verschiedenen medizinischen Fachdisziplinen dar. Für die Therapie lokaler Muskeldefekte werden in der plastisch-rekonstruktiven Chirurgie sog. Muskellappenplastiken durchgeführt: hierbei wird ein Muskel mit seinem Gefäßstiel von einer gesunden Spenderstelle („Hebestelle“) in den betreffenden Defekt transplantiert. Diese autologen Muskeltransfers sind daher immer mit einem sog. Hebedefekt verbunden. Im Gegensatz zu anderen Geweben wie etwa Haut oder Knochen existiert für Skelettmuskel bis heute kein synthetisches Ersatzmaterial. Da sehr individuelle und hoch spezialisierte Anforderungen an ein muskuläres Transplantat gestellt werden, könnte das Tissue Engineering von Skelettmuskelgewebe eine geeignete Lösung für die Generierung eines adäquaten Muskelersatzes unter Vermeidung des Hebedefektes sein.
Drei Hauptprobleme vor denen das Muskel Tissue Engineering momentan steht sind die Durchblutung des gezüchteten Gewebes, die Gewinnung von genügend Muskelvorläuferzellen, sowie die Herstellung eines geeigneten Gewebegerüsts auf dem sich die Zellen parallel ausrichten und zu Muskelfasern fusionieren.
Künstlich geschaffenes Gewebe kann nur auf eine Tiefe von wenigen hundert Mikrometern über Diffusion mit Nährstoffen versorgt werden. Für größere Gewebe ist eine ausreichende Vaskularisierung daher unabdingbar. Das arteriovenöse Gefäßschleifenmodell welches in unserem Labor insbesondere zur Züchtung von Knochenersatzgewebe bereits etabliert wurde, bietet auch für das Muskel Tissue Engineering eine aussichtsreiche Methode, um eine tiefgehende, axiale Vaskularisierung zu ermöglichen. Myoblasten, welche im erwachsenen Muskel als Vorläuferzellen liegen und der Regeneration dienen, können in vitro dazu stimuliert werden sich zu Muskelzellen zu differenzieren und anschließend zu Muskelfasern zu fusionieren. Die Gewinnung von Myoblasten ist allerdings nur in sehr geringen Mengen möglich, für die Züchtung einer ausreichenden Menge Gewebe ist daher eine Ergänzung durch weitere Zellen notwendig. Wir konnten zeigen, dass mesenchymale Stammzellen in Co-Kultur mit primären Myoblasten zur myogenen Differenzierung gebracht werden können und daher für die Vergrößerung der Zellmenge und des zu schaffenden Gewebes geeignet sind. Um eine gleichgerichtete Karfterzeugung zu gewährleisten, müssen Muskelfasern parallel zueinander ausgerichtet sein. Damit dies auch in dem künstlich erzeugten Gewebe der Fall ist, werden die Zellen in einem dreidimensionalen, elektrogesponnenen Nanofasergerüst angesiedelt. Diese Fasern können parallel zueinander gesponnen werden, so dass sich die Myoblasten an ihnen orientieren und zu Myotuben fusionieren können. Die Kombination dieser Methoden bietet einen erfolgversprechenden Ansatz, für die Erschaffung von funktionellem, vaskularisiertem Skelettmuskelgewebe.

Parallel gesponnenes Nanofasergerüst aufgenommen mittels Elektronenmikroskop (links, Maßstab = 10 µm). Primäre Rattenmyoblasten, angesiedelt auf einem parallel gesponnen Nanofasergerüst (rechts).
Arteriovenöse Gefäßschleife in einer Isolationskammer auf einem Kollagen I-PCL–Nanofasergerüst.
 
Ansprechpartner
Prof. Dr. med. Dr. h. c. Raymund E. Horch
Telefon: 09131 85-33277
Fax: 09131 85-39327
E-Mail: irma.goldberg@uk-erlangen.de
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