Wissenschaftler an der Stanford University haben eine Methode entdeckt, um Knorpel im Knie bei älteren Mäusen und menschlichen Gewebeproben zu regenerieren, indem sie sich auf ein Protein konzentrieren, dessen Produktion mit dem Alter zunimmt. Die in Science veröffentlichte Forschung eröffnet die Möglichkeit eines Medikaments, das Arthritis behandeln könnte, ohne einen Gelenkersatz vornehmen zu müssen.
Die Forscher blockierten ein Protein, das als 15-PGDH bekannt ist und dessen Menge mit zunehmendem Alter zunimmt. Wenn dieses bei älteren Nagetieren eingesetzt wurde, wurde Knorpel zurückgebracht, der im Laufe der Zeit verschwunden war. Die Behandlung schützte die Tiere ebenfalls vor Arthritis nach Knieverletzungen, die denen bei Menschen mit Kreuzbandrisßen ähneln. Knorpel, der bei menschlichen Knien während Gelenkersatzoperationen entnommen wurde, begann, frisches, funktionierendes Gelenkmaterial herzustellen, wenn er mit demselben Inhibitor behandelt wurde.
Das Protein, das Knorpel altern lässt
Osteoarthritis ist eine degenerative Erkrankung der Gelenke, die dazu führt, dass der Knorpel im Laufe der Zeit abgetragen wird, was dazu führt, dass Menschen unter schmerzhaften, geschwollenen Gelenken leiden, die immer schwieriger zu bewegen sind. In den Vereinigten Staaten sind schätzungsweise einer von fünf Erwachsenen davon betroffen, und es wird geschätzt, dass die Erkrankung die Nation jährlich etwa 65 Milliarden Dollar an direkten Gesundheitskosten verursacht.
Die Behandlung von Schmerzen und anderen Symptomen bleibt der primäre Ansatz zur Behandlung der Erkrankung. Wenn die Krankheit deutlich fortschreitet, wird oft eine chirurgische Gelenkersatzung zur einzigen verbleibenden Option. Bisher hat kein Medikament nachgewiesen, dass es in der Lage ist, Osteoarthritis zu verlangsamen oder umzukehren.
Die von der Stanford Medicine angeführte Studie konzentrierte sich auf 15-PGDH, das die Forscher als Gerozym klassifizieren – eine Bezeichnung für Enzyme, deren Häufigkeit mit dem Alter zunimmt und die dazu beitragen, den allmählichen Abbau der Gewebefunktion herbeizuführen.
Frühere Forschung derselben Gruppe ergab, dass 15-PGDH als ein Schlüsselregulator des Alterns in verschiedenen Körperteilen fungiert. Wenn dieses Protein mithilfe einer kleinen Chemikalie blockiert wurde, gewannen ältere Mäuse mehr Muskelmasse und zeigten eine verbesserte Ausdauer. Im Gegensatz dazu führten erhöhte 15-PGDH-Spiegel bei jungen Kreaturen dazu, dass ihre Muskeln kleiner wurden und an Kraft verloren. Dieses Protein wurde außerdem mit der Erneuerung von Knochen-, Nerven- und Blutzellen in Verbindung gebracht.
Knorpelregeneration ohne Stammzellen
Gewebespezifische Stammzellen vermehren sich und entwickeln sich während der Genesung zu spezialisierten Zellen in vielen Körperteilen. Knorpel funktioniert jedoch auf eine andere Art und Weise.
Anstatt auf Stammzellen zu setzen, änderten bestehende Knorpelzellen, sogenannte Chondrozyten, ihre Genaktivitätsmuster und näherten sich einem jugendlicheren Zustand. „Dies ist eine neue Art der Regeneration von adultem Gewebe, und es birgt ein erhebliches klinisches Versprechen für die Behandlung von Arthritis aufgrund von Alterung oder Verletzungen“, sagte Helen Blau, PhD, Professorin für Mikrobiologie und Immunologie.
„Wir suchten nach Stammzellen, aber diese sind eindeutig nicht beteiligt. Es ist sehr aufregend.“
Das Baxter Laboratory for Stem Cell Biology wird von Blau geleitet, der als sein Direktor fungiert. Der andere Senior-Autor ist Nidhi Bhutani, PhD, die den Titel eines außerordentlichen Professors für Orthopädie innehat. Die Hauptautoren der Studie sind Mamta Singla, PhD, eine Assistenzprofessorin für Orthopädie, und Yu Xin (Will) Wang, PhD, ein ehemaliger Postdoktorand. Wang ist inzwischen an das Sanford Burnham Institute in San Diego gewechselt, wo er eine Stelle als Assistenzprofessor innehat.
Wie 15-PGDH den Knorpel beeinflusst
Der Spiegel von Prostaglandin E2 kann durch das Blockieren von 15-PGDH erhöht werden, was nachweislich die Reparatur von beschädigtem Muskel-, Nerv- und anderen Körperteilen unterstützt. In Knorpel ist das Ergebnis besonders auffällig.
Die menschlichen Knorpelproben zeigten eine besonders auffällige Reaktion. „Millionen von Menschen leiden an Gelenkschmerzen und -schwellungen im Alter“, sagte Bhutani. „Es besteht ein großer, unerfüllter medizinischer Bedarf. Bisher gab es kein Medikament, das die Ursache von Knorpelverlust direkt behandelt. Aber dieser Gerozym-Inhibitor verursacht eine dramatische Knorpelregeneration, die über die Reaktion auf andere Medikamente oder Interventionen hinausgeht.“
Die drei Arten von Knorpel
Es gibt drei Hauptarten von Knorpel, und jede erfüllt ihren eigenen, besonderen Zweck.
Weicher und biegsamer elastischer Knorpel hilft beim Formen des äußeren Ohrs, während festerer Faserknorpel die Kraftabsorption übernimmt, z. B. zwischen den Wirbeln der Wirbelsäule. Hyaliner Knorpel ist glatt und rutschig und lässt Knochen mit kaum Reibung aneinander vorbeigleiten in Gelenken wie Knöcheln, Hüften, Schultern und bestimmten Teilen des Knies.
Osteoarthritis schädigt am häufigsten eine bestimmte Art von Knorpel, die in Gelenken zu finden ist. Diese Art von Knorpel wird als Artikulationsknorpel bezeichnet, was ein anderer Name für hyalinen Knorpel ist.
Warum Artikulationsknorpel schwer zu reparieren ist
Die Gelenkschäden, die bei Osteoarthritis auftreten, rühren von jahrelangem Verschleiß, Verletzungen oder Übergewicht her. Da sich diese Belastung aufbaut, beginnen Chondrozyten entzündungsfördernde Substanzen freizusetzen, während sie gleichzeitig das Kollagen abbauen, das den Knorpel stark hält.
Der Knorpel wird dünner und empfindlicher, wenn sein Kollagen verschwindet. Schwellungen und Schmerzen entstehen durch Entzündungen, was zu den bekannten Symptomen von Osteoarthritis führt.
Artikulationsknorpel repariert sich generell nicht gut. Wissenschaftler haben mögliche Stamm- oder Vorläuferzellen gefunden, die Knorpel im Knochen produzieren können, aber Versuche, ähnliche Zellpopulationen direkt im Artikulationsknorpel zu entdecken, sind gescheitert.
Ein Weg zu einem Medikament
Anstatt frischen Knorpel aus Stammzellen zu kultivieren, verändern die Forscher von Stanford, wie die bereits vorhandenen Zellen sich verhalten. Dies ist eine fokussierte Methode anstelle einer breit gefächerten.
Der Unterschied zwischen diesen beiden Wegen ist erheblich. Die regenerative Medizin ist typischerweise auf Stammzellen angewiesen, um beschädigtes Gewebe wiederaufzubauen. Hier verfolgt der Ansatz jedoch einen anderen Weg und zeigt stattdessen, dass bereits vorhandene Zellen auf einen jugendlicheren und gesünderen Zustand zurückgeführt werden können – ein Ergebnis, das den Forschern selbst entspricht, wie sie ihr eigenes Ergebnis beschreiben.
Wissenschaftler arbeiten an einer Pille oder Spritze, die Knorpel wiederaufbauen und die Anzahl der Knie- oder Hüftoperationen reduzieren könnte. Ob ihre Idee in klinischen Studien am Menschen Erfolg haben wird, ist noch unklar.
Was kommt als Nächstes
Diese Forschung bietet vielversprechende Möglichkeiten, ist aber noch auf Tierstudien und frühe Humandaten beschränkt. Die Kluft zwischen einer Petrischale und einem tatsächlichen Patienten ist beträchtlich, und zahlreiche Therapien, die bei Mäusen Erfolg zeigen, lassen sich letztendlich nicht übertragen.
Der Kernprozess bleibt ein klarer Angriffspunkt. Sollte die Hemmung von 15-PGDH bei Menschen sicher und zuverlässig sein, ist der Weg bereits geebnet.
Seit Jahren suchen Forscher nach einer Heilung für Osteoarthritis. Nun scheint ein Ansatz von dem zu unterscheiden, was zuvor geschah.
| Mäuse | Menschliche Proben | |
|---|---|---|
| Behandlung | Block 15-PGDH | Block 15-PGDH |
| Ergebnis | Stellt verlorenes Knorpelgewebe wieder her | Neue, funktionelle Knorpelproduktion |
| Kontext | Ältere Tiere | Patienten mit Kniegelenksersatz |
Wissenschaftler sagen, dass alters- oder arthrotische Knorpel mehr Versprechen für Reparaturen bergen könnte, als frühere Forschungsergebnisse andeuteten. Sie schlagen eine Methode vor, die möglicherweise eines Tages ein orales Medikament oder eine Injektion hervorbringen könnte, die Knorpel regeneriert und so den Bedarf an Knie- oder Hüftgelenkersatzoperationen reduziert.
Millionen von Menschen, die unter Gelenkschmerzen leiden, sehen echte Hoffnung in einem Medikament, das die Ursache anstatt nur das Symptom bekämpft. Der Weg vom Labor zur klinischen Anwendung ist zwar lang, doch die bisherigen Ergebnisse sind ermutigend, wenngleich sie sich noch in einem frühen Stadium befinden.
Quelle: „Abschied von Gelenkersatz? Stanford-Wissenschaftler fanden einen Weg, Knorpel nachzuwachsen und Arthritis zu stoppen“, ScienceDaily.
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