Modernste Lasertechnik für neues Gewebe

Moderne Technologien mit Organsystemen zu verknüpfen, ist auch der Ansatz eines weiteren Transregios aus dem Förderprogramm des Niedersächsischen Vorab.

Im Jahr 2007 konnte der Sonderforschungsbereich "Mikro- und Nanosysteme in der Medizin-Rekonstruktion biologischer Funktionen" mit über einer Million Euro aus "Vorab"-Mitteln angeschoben werden. "Wir erproben Querschnittstechnologien an beispielhaften Organen und übertragen dann dieses Grundwissen auf andere Organsysteme oder Gewebe", erklärt SFB-Sprecher Professor Dr. Axel Haverich von der Medizinischen Hochschule Hannover (MHH) die Ausrichtung des interdisziplinär angelegten und institutionenübergreifenden Projekts. Partner der MHH sind weitere Hochschulen in Hannover, Aachen und Rostock mit den Bereichen Lasertechnik und Polymerchemie.

Auch in diesem Transregio spielt das Gehör eine wichtige Rolle. Ein Beispiel sind Cochlea-Implantate: Sie eröffnen vielen Gehörlosen, deren Haarzellen im Innenohr den Schall nicht mehr in elektrische Signale verwandeln, die Welt der Hörenden; die erforderlichen Eingriffe sind inzwischen ärztliche Routine. Bei einem solchen Implantat übertragen in die Hörschnecke eingeführte Elektroden elektrische Signale an den Hörnerv. Ein Sprachprozessor nimmt akustische Signale aus der Umwelt auf und verwandelt sie in elektrische Impulse. Diese werden direkt an den Hörnerv weitergegeben. Dadurch entsteht beim Patienten ein akustischer Eindruck, der jedoch nur wenig Ähnlichkeit mit normalem Hören hat - die Patienten müssen das Hören regelrecht neu lernen.

Mit verbesserten Technologien wollen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler nun eine Ebene höher ansetzen. Statt den Hörnerv mit Signalen aus dem Sprachprozessor zu reizen, rekonstruieren sie die Funktion der Haarzellen, die normalerweise für die Übertragung des Schalls in elektrische Impulse zuständig sind. So sollen die Signale für den Hörnerv wieder möglichst natürlich werden. Die Haarzellen regt dann ein implantierter Laser an - ein völlig neues Konzept, das erst durch modernste Lasertechnologie in den Fokus der Medizin rücken konnte. Der Forscher ist vorsichtig optimistisch: "Die technischen Voraussetzungen auf der Laserseite, um auf Mikro- und Nanoebene zu agieren, sind noch nicht sehr lange gegeben. Und auch von der medizinischen Seite nähern wir uns erst seit kurzem dem Nanobereich", betont Axel Haverich.

So ermöglichen spezielle Lasertechniken nicht nur, einzelne Zellen anzuregen, sondern auch Oberflächen im Nanomaßstab zu strukturieren. Mit dieser Technologie möchten die Wissenschaftler das grundsätzliche Problem von Implantaten lösen: deren Unverträglichkeit im Organismus. Ob strukturierte Lichtleiter aus neuartigen Polymeren, die die Haarzellen der Cochlea anregen sollen, oder die "Massenware" Gefäß-Stents - sie alle sind Fremdkörper, an die sich Bakterien anlagern können. So kommt es womöglich zu Entzündungen, die das Immunsystem herausfordern. Stents sind winzige Röhrchen, die die Gefäße stützen und durchgängig halten sollen. Ihr Haupteinsatzgebiet sind Verengungen von Blutgefäßen. Zwanzig Prozent der Gefäßimplantate verschließen sich jedoch nach kurzer Zeit wieder. "Wir versuchen über Lasertechnologie die Oberflächen so zu strukturieren, dass sie einerseits das Einwachsen in das Gefäß erleichtern, andererseits aber die Anheftung von Bakterien verhindern", sagt Axel Haverich.

Zudem wollen die Forscher ganze Gewebe regelrecht "drucken". Dazu positionieren sie einzelne lebende Lungengewebszellen in einer biologisch abbaubaren Matrix, so dass sie wie in einer Lunge angeordnet sind. Im nächsten Schritt kommen biologisch wirksame Moleküle hinzu, die aus dem geordneten Zellkonstrukt ein lebendes Gewebe entstehen lassen. Aber auch für diesen Projektteil gilt: Die Lunge ist nur ein Modellsystem, an dem Rekonstruktionstechniken entwickelt werden sollen. "Wenn es uns gelingt, Gewebe mithilfe von Lasertechnik herzustellen, wäre damit ein Bann gebrochen - und es wäre ein Meilenstein für die Produktion bioartifizieller Organe", unterstreicht TransregioSprecher Axel Haverich, der ebenfalls Koordinator des Exzellenzclusters REBIRTH ist. Diese enge Verbindung illustriert zugleich, dass sich im Bereich der regenerativen Medizintechnik ein herausragendes, forschungsstarkes niedersächsisches Netzwerk etabliert hat (vgl. Beitrag zur Exzellenzinitiative auf den Seiten 46 ff).

Die Aufgaben, die aufLaser in der Medizin-Rekonstruktion warten, scheinen fast endlos. Selbst beim gezielten Gentransfer sehen die Forscher künftig sinnvolle Einsatzmöglichkeiten. Mit neuen Methoden der Laserzellchirurgie sollen Zellkerne aus Zellen innerhalb und außerhalb von Geweben entfernt und auch wieder neue Kerne eingebracht werden - völlig neue Perspektiven für die Gentherapie in einem jungen Transregio, der voller Visionen für die Medizin steckt.