Die Arthrose, eine degenerative Knorpelerkrankung, die den Großteil der älteren Bevölkerung betrifft, beeinträchtigt die Lebensqualität der Patienten erheblich. Angesichts dieser noch wenig erforschten Krankheit haben Forscher der Universität Genf (UNIGE) die Möglichkeit neuer therapeutischer Behandlungen durch die Injektion von Stammzellen untersucht, was bisher wenig erfolgreich war, da diese Zellen frühzeitig absterben.
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Die Wissenschaftler entdeckten, dass die Kombination der Injektion von Stammzellen mit einer schrittweisen Freisetzung von Glukose deren Überleben verlängerte und die Regeneration des Knorpels stimulieren könnte. Diese vorläufigen, aber bereits vielversprechenden Ergebnisse wurden im International Journal of Pharmaceutics veröffentlicht und eröffnen neue Perspektiven für regenerative Therapien.
Die Arthrose, die bereits ab einem Alter von 40 Jahren auftreten kann, verbreitet sich mit zunehmendem Alter und betrifft 65% der über 65-Jährigen und 80% der über 80-Jährigen. Diese degenerative Knorpelerkrankung verursacht Reibungen, die zu Entzündungen, Schmerzen, Schwellungen und Steifheit führen und manchmal zu erheblichen Behinderungen führen. Hauptsächlich betroffen sind die Gelenke der Knie, Hüften, Wirbelsäule und Hände. Trotz der großen Zahl der Betroffenen wird diese multifaktorielle Krankheit relativ wenig erforscht.
Bisher wurden den Betroffenen entzündungshemmende Behandlungen zur Schmerzreduktion oder Gleitmittel wie Hyaluronsäure - die natürlich im Körper vorkommt, deren Produktion jedoch mit dem Alter abnimmt - angeboten, um die Reibung zu vermindern. In den schwerwiegendsten Fällen ist die Implantation von Prothesen notwendig.
Heilen statt lindern
Die Forschungsgruppen von Éric Allémann, ordentlicher Professor an der Abteilung für Pharmazeutische Wissenschaften der Fakultät der Wissenschaften der UNIGE, und Olivier Jordan, Lehr- und Forschungsbeauftragter, beschäftigen sich seit etwa 15 Jahren mit der Entwicklung neuer therapeutischer Behandlungen. Sie arbeiten an mehreren Forschungsgebieten, darunter die Injektion von Stammzellen in die Gelenke, die auf natürliche Weise Biomoleküle wie Wachstumsfaktoren freisetzen, die mit den Knorpelzellen interagieren, um die Entzündung zu verringern und das Wachstum neuer Zellen zu stimulieren.
"Das Problem ist, dass diese Stammzellen, die aus einem anderen Körperteil des Patienten (in der Regel aus Fett oder Knochenmark) stammen, sich nicht in einem optimalen Umfeld für ihr Wachstum befinden und sehr schnell absterben, ohne genügend Moleküle mit positiven Effekten auf die degenerierten Zellen freigesetzt zu haben", erklärt Paula Gonzales-Fernandez, Doktorandin im Labor von Éric Allémann und Erstautorin der Studie. "Dies trifft besonders auf Injektionen von Stammzellen in die Gelenke zu, da diese Gewebe nicht vaskularisiert sind und daher nicht mit Nährstoffen und Sauerstoff versorgt werden", fügt die Forscherin hinzu.
Stammzellen nähren, um ihr Überleben zu sichern
Um dieses Problem zu umgehen, versuchten die Wissenschaftler, diesen Stammzellen eine Energiequelle zu liefern, um ihre Lebensdauer zu verlängern. "Glukose war ein guter Kandidat, wird aber durch die Körperflüssigkeiten zu schnell abgebaut. Der Kniff unserer Arbeit bestand darin, die Glukosemoleküle an Hyaluronsäure zu binden, damit die Glukose nicht sofort abgebaut, sondern in kleinen regelmäßigen Dosen freigesetzt wird", erklärt Olivier Jordan.
Die Autoren der Studie testeten daher die Lebensdauer der Stammzellen mit und ohne modifizierte Glukose unter Laborbedingungen. Sie stellten fest, dass die Stammzellen in Zellkulturen von Knorpelgewebe in Anwesenheit der mit Hyaluronsäure verbundenen Glukose mehr als drei Tage überlebten (gegenüber weniger als 24 Stunden ohne diese Glukose). Diese drei Tage sind ausreichend, um die Wachstumsfaktoren und aktivierenden Moleküle freizusetzen, die für die Regeneration des Knorpels verantwortlich sind.
"Diese Ergebnisse sind sehr ermutigend und vielversprechend, befinden sich jedoch noch im Stadium der Zellkulturen im Labor. Unser nächster Schritt besteht darin, diese Ergebnisse in einem Tiermodell zu bestätigen", erläutert Éric Allémann. Dieser Ansatz, der darin besteht, einen Nährstoff (in diesem Fall Glukose) zu Hyaluronsäure hinzuzufügen, eröffnet neue Perspektiven für Stammzelltherapien in schlecht vaskularisierten und nährstoffarmen Umgebungen wie arthrotische Gelenke, aber auch für andere regenerative Therapien.