Neues Nanomaterial regt biologische Knochenregeneration an

Forschende der Universität Sydney (Australien) haben ein biologisch abbaubares Nanomaterial entwickelt, das den Körper dazu anregt, Knochendefekte selbstständig zu heilen. Die Technologie könnte künftig eine schonende Alternative zur invasiven Knochentransplantation bei Kindern mit Lippen-Kiefer-Gaumenspalten darstellen.

Die Lippen-Kiefer-Gaumenspalte gehört mit einer Inzidenz von etwa 1 zu 700 zu den häufigsten angeborenen Fehlbildungen. Eine der größten therapeutischen Herausforderungen stellt dabei die Schließung des Knochendefekts im Kiefer dar. Bislang müssen betroffene Kinder meist bis zu einem Alter von zehn bis zwölf Jahren warten, um sich einer invasiven Operation zu unterziehen, bei der Knochen aus einem anderen Körperbereich entnommen und in den Defekt transplantiert wird. Dies bedeutet für die jungen Patienten oft jahrelange Beeinträchtigungen beim Atmen, Essen und Sprechen sowie erhebliche Belastungen für das Selbstwertgefühl und die soziale Entwicklung.

Aktivierung schlafender Reparatursignale

Der von der australischen Arbeitsgruppe entwickelte Ansatz setzt stattdessen auf die Aktivierung der körpereigenen Selbstheilungskräfte. Bei dem neuartigen Material handelt es sich um ein Calcium-Aluminosilikat-Nanomaterial. Anstatt künstlich hergestellte Wachstumsfaktoren von außen zuzuführen, regt das Nanomaterial das im Gewebe schlummernde Protein TGF-β1 (Transforming Growth Factor β1) an.

Sobald dieser Botenstoff aktiviert ist, zieht er knochenbildende Stammzellen an den Defektort und induziert deren Differenzierung in knochenbildende Zellen. Mit der Zeit wird das Implantat vollständig abgebaut und schrittweise durch gesundes, körpereigenes Knochengewebe ersetzt. Ein weiterer Vorteil des Materials liegt in seiner hämostatischen Wirkung: Es fördert die Blutgerinnung innerhalb von rund 30 Sekunden, was die Wundstelle in der frühen Heilungsphase stabilisiert.

80 Prozent mehr Knochenwachstum im präklinischen Modell

In einer in „ACS Nano“ veröffentlichten Studie konnte das Team um Associate-Professor Chun Xu die Überlegenheit des Verfahrens demonstrieren. Nach acht Wochen zeigte das neuartige Material im präklinischen Knochenmodell ein um rund 80 Prozent gesteigertes Knochenwachstum im Vergleich zu einer Materialkontrolle. Zudem lag die Aktivierung des schlüsselgebenden Wachstumsfaktors TGF-β1 etwa zehnmal höher als bei herkömmlichen Methoden.

Obwohl sich die Technologie noch im präklinischen Stadium befindet und weitere Tests bis zu ersten Humanstudien ausstehen, sehen die Wissenschaftler breite Einsatzmöglichkeiten. Neben der Behandlung von Lippen-Kiefer-Gaumenspalten könnte das Material auch bei traumatischen Verletzungen, Zahnverlust oder anderen schwer zu heilenden Knochendefekten Anwendung finden. Künftig soll die Technologie zudem mit personalisierten, im 3D-Druck hergestellten Trägergerüsten kombiniert werden, um das Implantat exakt an den individuellen Defekt des jeweiligen Patienten anzupassen.