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Tissue Engineering TE englisch fur Gewebekonstruktion bzw Gewebezuchtung oder Gewebezucht auch Gewebskultur bzw Gewebekultur genannt ist der Uberbegriff fur die kunstliche Herstellung biologischer Gewebe durch die gerichtete Kultivierung von Zellen um damit kranke Gewebe bei einem Patienten zu ersetzen oder zu regenerieren Dabei werden Prinzipien der Ingenieur Werkstoff und Biowissenschaften zum Verstandnis von Struktur Funktions Beziehungen angewandt 1 Tissue Engineering Produkte TEP gehoren zur Gruppe der Arzneimittel fur neuartige Therapien und sind eine der Anwendungsbeispiele fur die regenerative und personalisierte Medizin Prinzip des Tissue Engineerings Inhaltsverzeichnis 1 Eigenschaften 2 Anwendungen 3 Literatur 4 Weblinks 5 EinzelnachweiseEigenschaften BearbeitenBereits 1893 legte Wilhelm Roux Gewebskulturen an Ab etwa 1900 wurden maligne Tumoren auf kunstlichen Nahrboden gezuchtet Zu den Pionieren der Zellkultur gehorte Leo Loeb Dass bei der Explantation der Gewebszuchtung nicht nur mit embryonalem sondern auch mit Funktionsgewebe des ausgereiften menschlichen Organismus Wachstumerfolge erzielbar sind wies 1926 der Gynakologe Konrad Heim fur das Endometrium nach 2 Beim Tissue Engineering werden ublicherweise dem Organismus eines Spenders Zellen entnommen und im Labor in vitro vermehrt Je nach Zellart konnen diese als Zellrasen zweidimensional oder mittels bestimmter Zellgeruste dreidimensional kultiviert werden Anschliessend konnen sie dem Empfanger re transplantiert werden 3 Diese konnen dann in meist denselben Organismus implantiert werden und so eine Gewebefunktion erhalten oder wiederherstellen Im engeren Sinne versteht man unter Tissue Engineering die Zellentnahme am Patienten zur Zuchtung des gewunschten Organs Die Gewebezuchtung besteht aus vier Elementen ein strukturelles Gerust optional oft Scaffold genannt lebende Zellen oder Gewebe die Kontrolle der Signaltransduktion an den lebenden Bestandteil Wachstumsfaktoren und ein Kulturmedium Nahrlosung bzw Organismus nbsp Gewebekultur in Kulturflaschen die ein Nahrmedium enthaltenDas Gerust biologischer oder synthetischer Art wird vor der Kultur mit dem entnommenen vitalen Material zu einer 3D Zellkultur kombiniert Die Kultivierung kann sowohl im Korper In vivo Tissue Engineering als auch im Labor In vitro Tissue Engineering erfolgen In beiden Fallen erfolgt idealerweise eine Kontrolle der Signalstoffe die die Zelle erreichen sodass die Bildung des neuen Gewebes unterstutzt wird Die Zellen konnen teilweise auch mit einem Bioprinter auf eine Oberflache gedruckt werden Die Regenerate oder Konstrukte werden per adoptivem Zelltransfer in die Zielregion des Organismus implantiert Der Vorteil bei einem solchen Implantat mit autologem patienteneigenem Zellanteil besteht darin dass es vom Immunsystem des Patienten akzeptiert wird denn die kultivierten Zellen weisen nur solche Proteine auf den Zelloberflachen auf die das Immunsystem als eigene erkennt Damit werden Tissue Engineering Implantate normalerweise nicht abgestossen Ein gutes Beispiel dafur ist die Herstellung von vollkommen autologen Herzklappen 4 oder Gefassprothesen 5 welche dann zum Einsatz kommen wenn beispielsweise eine verstopfte Arterie nicht durch eine korpereigene Vene ersetzt werden kann In einem solchen Fall kommt in der Regel eine Kunststoffprothese zum Einsatz welche eine unbefriedigende Alternative darstellt Allgemein werden vier Arten von Implantaten unterschieden von anderen Lebewesen stammende xenogen z B Herzklappen von einem Individuum gleicher Spezies allogen z B Niere vom Patienten selbst autolog z B Haut von genetisch identischen Individuen syngen wie z B von eineiigen Zwillingen 6 nbsp Bioreaktorsystem zur Kultivierung von Gefassprothesen nbsp Durch Gewebezuchtung hergestellte Gefassprothese nbsp Durch Gewebezuchtung hergestellte HerzklappeDas Problem der Gewebezuchtung liegt darin dass spezifizierte Zellen ihre Funktionalitat verlieren Dedifferenzierung Eine Tierversuchsstudie bei adulten Schafen in die autologe Gefassprothesen implantiert wurden 7 zeigte bis zum Versuchsende durchgangige Gefasse die ein solides Gewebe aufbauten Bisher ist es gelungen Haut 8 und Knorpelgewebe 9 sowie Blutgefasse 10 zur kommerziellen Anwendung zu zuchten Dabei werden zumeist bereits ausdifferenzierte Zellen aus dem Organismus in vitro vermehrt Ein neuer Ansatz ist die Verwendung von adulten oder induzierten pluripotenten Stammzellen iPS Die adulten Zellen konnen aus dem Knochenmark oder inneren Organen von erwachsenen Personen gewonnen und die iPS durch Ruckprogrammierung von Zellen erzeugt werden z B Fibroblasten aus der Haut Die Stammzellen konnen im Kulturbehalter vermehrt und danach durch Chemikalien zu bestimmten benotigten Zelltypen differenziert werden Anwendungen BearbeitenErste Anwendungen einer Gewebezuchtung gab es bereits durch Alexis Carrel 11 Bei den bisher erfolgreichen TE Ansatzen handelt es sich ausschliesslich um Gewebe aus einer einzigen Zellart Besonders geeignet fur die Gewebekultur ist Knorpelgewebe da Knorpel schon im lebenden Korper aus einer einzigen Zellart besteht nur durch die Gelenkflussigkeit ernahrt wird und sein Gerust aus Kollagenfasern und Proteoglykanen selbst herstellt Andere lebenswichtige Gewebe wie z B Leber oder Nierenparenchym sind so komplex in ihrem Aufbau dass eine In vitro Zuchtung bisher nicht erfolgreich ist Um bei lebensgefahrdenden Erkrankungen die Wirksamkeit der spezifischen Organzellen nutzen zu konnen werden die Parenchymzellen bisher in Dialysesystemen dem Blutstrom ausgesetzt Fur Tissue Engineering von funktionsfahigen Organen mussten neben den Parenchymzellen z B Hepatozyten auch Stutzgewebe Blutgefasse und Gallegefasse moglicherweise auch Lymphgefasse gezuchtet werden Cokulturen solch unterschiedlicher Zelltypen sind eine Herausforderung fur die Zukunft Cokulturen sind bisher fur Chondrozyten und Osteoblasten sowie Endothelzellen und glatte Gefassmuskelzellen 12 durchgefuhrt worden Bevor diese Probleme der Cokultur nicht gelost sind wird TE die grossen Ziele der Organzuchtung lebenswichtiger Organe nicht erreichen Erst dann werden Transplantationen von Spenderorganen durch die gezielte Zuchtung von Organen mit Hilfe von korpereigenen Zellen ersetzt 13 Eine weitere wichtige Anwendung des Tissue Engineering ist die Anwendung in der Grundlagenforschung Dem naturlichen Gewebe nachempfundene Konstrukte dienen dort zur Aufklarung zellularer Mechanismen Daruber hinaus ermoglichen die Methoden des TE die Herstellung dreidimensionaler gewebeahnlicher Zellkonstrukte an denen sich die Wirkung von Schadstoffen z B Pestiziden aber auch die Wirkung von Pharmazeutika testen lasst 14 Moglicherweise findet sich zukunftig eine weitere Anwendung in der biotechnologischen Herstellung von In vitro Fleisch um Massentierhaltung und die damit verbundenen Probleme zu umgehen Ende Februar 2018 gelang es einem israelischen Arzteteam zum ersten Mal Gewebe fur einen Schienbeinknochen zu zuchten und erfolgreich zu implantieren Die Stammzellen dafur wurden zuvor dem Fettgewebe des Patienten entnommen 15 Literatur BearbeitenKatharina Beier Silvia Schnorrer Nils Hoppe Christian Lenk Hrsg The Ethical and Legal Regulation of Human Tissue and Biobank Research in Europe Proceedings of the Tiss EU Project Gottinger Universitatsverlag Gottingen 2011 ISBN 978 3 86395 031 6 online version PDF 1 3 MB Weblinks Bearbeiten nbsp Commons Tissue engineering Sammlung von Bildern Videos und Audiodateien Helmholtz Institut RWTH Aachen und Universitatsklinikum Aachen Institut fur Angewandte Medizintechnik Medizinische Fakultat Cardiovasculares Tissue Engineering Tissue Engineering der Charite Universitatsmedizin Berlin Arbeitsgruppe Prof Minuth Universitat Regensburg CELLS Centre for Ethics and Law in the Life Sciences HannoverEinzelnachweise Bearbeiten Richard Skalak Hrsg Tissue Engineering Liss New York 1988 ISBN 0 8451 4706 4 Paul Diepgen Heinz Goerke Aschoff Diepgen Goerke Kurze Ubersichtstabelle zur Geschichte der Medizin 7 neubearbeitete Auflage Springer Berlin Gottingen Heidelberg 1960 S 47 55 und 64 Toni Lindl Gerhard Gstraunthaler Zell und Gewebekultur Von den Grundlagen zur Laborbank Spektrum Akademischer Verlag Heidelberg 2008 ISBN 978 3 8274 1776 3 autologe Herzklappen Memento des Originals vom 3 Oktober 2014 im Internet Archive nbsp Info Der Archivlink wurde automatisch eingesetzt und noch nicht gepruft Bitte prufe Original und Archivlink gemass Anleitung und entferne dann diesen Hinweis 1 2 Vorlage Webachiv IABot www ame hia rwth aachen de Gefassprothesen Memento des Originals vom 3 Oktober 2014 im Internet Archive nbsp Info Der Archivlink wurde automatisch eingesetzt und noch nicht gepruft Bitte prufe Original und Archivlink gemass Anleitung und entferne dann diesen Hinweis 1 2 Vorlage Webachiv IABot www ame hia rwth aachen de Erich Wintermantel Suk Woo Ha Medizintechnik mit biokompatiblen Werkstoffen und Verfahren Springer Verlag Berlin Heidelberg New York 2002 ISBN 3 540 41261 1 S Koch T C Flanagan J S Sachweh F Tanios H Schnoering T Deichmann V Ella M Kellomaki N Gronloh T Gries R Tolba T Schmitz Rode S Jockenhoevel Fibrin polylactide based tissue engineered vascular graft in the arterial circulation In Biomaterials Band 31 Heft 17 2010 S 4731 4739 Epub 2010 Mar 20 PMID 20304484 Y Kuroyanagi M Kenmochi S Ishihara A Takeda A Shiraishi N Ootake E Uchinuma K Torikai N Shioya A cultured skin substitute composed of fibroblasts and keratinocytes with a collagen matrix preliminary results of clinical trials Ein aus Fibroblasten Keratinozyten und Kollagenmatrix hergestellter kultivierter Hautersatz Vorergebnisse einer klinischen Studie In Ann Plast Surg Band 31 Heft 4 1993 S 340 349 Diskussion S 349 351 PMID 8239435 A Haisch O Schultz C Perka V Jahnke G R Burmester M Sittinger Tissue Engineering von humanem Knorpelgewebe fur Wiederherstellungschirurgie mithilfe biokompatiblem Fibringelen und Polymertragern Tissue engineering of human cartilage tissue for reconstructive surgery using biocompatible resorbable fibrin gel and polymer carriers In HNO Band 44 Heft 11 1996 S 624 629 PMID 9064296 S Q Liu Prevention of focal intimal hyperplasia in rat vein grafts by using a tissue engineering approach In Atherosclerosis Band 140 Heft 2 1998 S 365 377 doi 10 1016 S0021 9150 98 00143 9 Paul Diepgen Heinz Goerke Aschoff Diepgen Goerke Kurze Ubersichtstabelle zur Geschichte der Medizin 7 neubearbeitete Auflage Springer Berlin Gottingen Heidelberg 1960 S 54 J Heine A Schmiedl S Cebotari H Mertsching M Karck A Haverich K Kallenbach Preclinical assessment of a tissue engineered vasomotive human small calibered vessel based on a decellularized xenogenic matrix histological and functional characterization In Tissue Eng Part A Band 17 2011 S 1253 1261 doi 10 1089 ten tea 2010 0375 N M Meenen Tissue engineering eine Standortbestimmung In ZOrthop Unfall Band 146 2008 S 19 20 doi 10 1055 s 2008 1038354 freier Volltext K Andreas C Lubke T Haupl u a Key regulatory molecules of cartilage destruction in rheumatoid arthritis an in vitro study Zentrale regulatorische Molekule der Knorpelzerstorung in Rheumatoider Arthritis eine in vitro Studie In Arthritis Research amp Therapy Ausgabe v10n1 vom 18 Januar 2008 BioMed Central London 2008 doi 10 1186 ar2358 PMC 2374452 freier Volltext Knochenersatz Ein Schienbein aus dem Reagenzglas In FAZ NET 28 Februar 2018 ISSN 0174 4909 faz net abgerufen am 13 Marz 2018 Normdaten Sachbegriff GND 4646061 5 lobid OGND AKS Abgerufen von https de wikipedia org w index php title Tissue Engineering amp oldid 237608783