Ein Polymergel soll bald Hilfe bei Arthrose bieten und als wirksame Verstärkung gegen Knorpelverschleiß zu Anwendung kommen.
Arthrose ist weit verbreitet. Die Gelenkerkrankung ist sehr schwer zu behandeln. Amerikanische Wissenschaftler wollen nun verschlissene Knorpel durch Einbau eines biomimetischen Gels – einem Polymergel – mechanisch verstärken. Dabei sollen sich das Biopolymergeflecht des Knorpels und das synthetische Polymernetzwerk gegenseitig intensiv durchdringen.
Schmerzhafte Gelenkverschleiß nicht nur eine Alterserscheinung
Arthrose ist nicht nur eine Alterserscheinung, der schmerzhafte Gelenkverschleiß kann auch junge Menschen treffen, etwa in Folge einer Fehlstellung, eines Unfalls oder einer Überlastung durch Leistungssport, Übergewicht oder einseitige körperliche Arbeit. Ein gesunder Knorpel wirkt wie ein Polster im Gelenk. Verschleißt er, beginnen die Knochen aneinander zu reiben, das Gelenk schmerzt und kann sich verformen.
Ursache ist eine Verarmung des Knorpelgewebes an Glycosaminoglykanen, hoch negativ geladenen Polysacchariden (Vielfachzuckern), die für den Erhalt der Gewebedurchfeuchtung verantwortlich sind, indem sie Wassermoleküle binden. Bei einer beginnenden Arthrose trocknet der Knorpel aus, das „Polster“ wird immer dünner und weniger widerstandsfähig gegenüber Druckbelastungen. Eine Therapie, die Knorpel regeneriert, gibt es bisher nicht.
Forscher der Universität Boston, dem Beth Israel Deaconess Medical Center sowie dem Boston Children’s Hospital (Boston, USA) wollen das ändern: ein Polymergel soll ein zweites polymeres Netzwerks, das die benötigten geladenen Gruppen mitbringt, bilden. Dieses Polymergel soll verschlissene Knorpel wieder aufpolstern und deren mechanische Stabilität wieder herstellen. Dabei sollen nicht nur einzelne beschädigte Stellen „ausgeflickt“, sondern das gesamte Gewebe verstärkt werden. Das degenerierte Gewebe soll dazu mit Monomeren infiltriert werden, die dann an Ort und Stelle unter Lichteinwirkung polymerisiert werden.
Das Team um Mark W. Grinstaff wählte als Monomere Zwitterionen (Ionen mit positiv sowie negativ geladenen Gruppen) auf Basis von Phosphorylcholin, einem Molekül, das für seine Biokompatibilität bekannt ist. Diese Monomere können das Biopolymer der Knorpel gut durchdringen. Weitere Reagenzien sorgen für die Quervernetzung des synthetischen Polymers und den Start der Polymerisation, sobald mit grünem Laserlicht bestrahlt wird. So entsteht ein Gel, dessen Polymerketten intensiv mit den Polymerketten des Knorpel verflochten sind. Das Gel bindet gut Wasser, sodass die Wasserbeladung des behandelten Knorpels unter Belastung länger aufrecht erhalten werden kann.
Kompressionstests mit enzymatisch degradierten Rinderknorpeln zeigten, dass das Gel dem Knorpel seine ursprüngliche mechanische Stabilität wiedergeben kann. Dabei lagert sich das Polymergel bevorzugt an Stellen ein, die besonders angegriffen sind. Eine simulierte beschleunigte Abnutzung ergab, dass sich auch gesundes Knorpelgewebe wirksam vor Verschleiß schützen lässt. Der neue Ansatz scheint daher vielversprechend als Behandlungsmethode bei Arthrose in einem frühen Stadium zu sein.
Quelle: Angewandte Chemie: Presseinfo 04/2016; Autor: Mark W. Grinstaff, Boston University (USA). Permalink: http://dx.doi.org/10.1002/ange.201511767