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Lexikon der Biologie: Gewebezüchtung

Gewebezüchtung, in-vitro-Herstellung von Geweben mit Hilfe von unterschiedlichen Zellkulturtechniken (Zellkultur). Für die Kultivierung intakter Gewebe sind die räumliche Anordnung der Zellen, deren Wechselwirkungen und eine optimale Versorgung mit gewebsspezifischen Wachstumsfaktoren und Nährstoffen essentiell, was die Gewebezüchtung wesentlich komplexer als die Kultur vereinzelter Zellen (sog. Dissoziationskultur) macht. Erste erfolgreiche Gewebekulturen gelangen 1910 mit tierischen Geweben durch A. Carrel, etwas später durch R.G. Harrison. Heute werden tierische Gewebekulturen vor allem als Testsysteme für pharmakologische Wirkstoffe eingesetzt und bieten damit eine Alternative zu einer Vielzahl früher notwendiger Tierversuche. Die Kultivierung pflanzlicher Gewebe dient vorwiegend der Regeneration genetisch identischer oder – im Rahmen der Gentechnologie – transgener Pflanzen (z.B. isoliertes Sproßmeristem [Bildungsgewebe] oder Kalluskultur aus Protoplasten). – In der Medizin wird inzwischen die Kultur verschiedener menschlicher Gewebe vor allem mit der Zielsetzung vorangetrieben, Transplantate in ausreichender Menge und mit günstigen antigenen Eigenschaften bereitzustellen. Bei diesem als tissue engineering bezeichneten Spezialgebiet der Gewebezüchtung arbeiten Mediziner fächerübergreifend mit Biochemikern, Zellbiologen, Histologen, Material- und Ingenieurwissenschaftlern zusammen. Weit fortgeschritten ist die Züchtung von (patienteneigenem) Hautgewebe zur Wundheilung bei Verbrennungen und offenen Geschwüren – eine vollständige Regeneration der Haut mit allen Funktionen ist jedoch nach wie vor nicht möglich. Inzwischen gelingt auch die Herstellung von lockerem Knorpelgewebe (Knorpel), das durch Züchtung von Knorpelzellen mit Nährstoffen und Blutgerinnungsfaktoren (Blutgerinnung) in oder auf einer entsprechenden Matrix in die passende Form gebracht wurde, sowie die stabile Implantation dieser Gewebe in Säugetiere. Das Bild einer Maus mit einem solchen Implantat in Form einer Ohrmuschel sorgte 1995 für Furore. An der Bildung von dichtem Knorpelgewebe, das z.B. als Ersatz bei Gelenkdefekten sinnvoll wäre, wird noch gearbeitet. Ebenso wird zur Zeit mit Hilfe des tissue engineering versucht, Knochenteilstücke, Harnblasen, Speiseröhren oder Blutgefäße herzustellen. Für die form- und strukturgebende Matrix werden meist biokompatible Werkstoffe (Biokompatibilität von Werkstoffen) verwendet, die sowohl die Resorption der Matrix als auch die weitere Regeneration des Gewebes im Körper ermöglichen. Die größte Herausforderung ist die Wiederherstellung bestimmter Organfunktionen oder gar die Gewinnung ganzer Organe mittels Gewebezüchtung. Weit gediehen sind Versuche mit Herzklappen, bei denen man die mehrlagige Zellschicht über dem Grundgerüst aus Kollagen entfernt und anschließend wieder mit Zellen aus dem Tier beschichtet, in das die Klappen transplantiert werden sollen. Komplexe Organe wie Herz, Nieren oder Leber erfordern allerdings eine Vielzahl unterschiedlichster Gewebetypen, die alle einzeln gezüchtet und zusammengesetzt werden müßten, weshalb der zunehmende Mangel an Spenderorganen noch lange nicht mit dieser Technik behoben werden dürfte. Die Herstellung transgener Säugetiere (transgene Tiere) und deren Klonierung zur Gewinnung von Ersatzgeweben und -organen mit für eine mögliche Transplantation günstigen antigenen Eigenschaften soll diesen Mangel kompensieren helfen. Allerdings wird vom Einsatz solcher Xenotransplantationen in letzter Zeit immer mehr Abstand genommen, da Virenübertragungen vom Tier auf den Menschen nicht mehr ausgeschlossen werden können. Außerdem gibt es Überlegungen, menschliche embryonale Stammzellen zu klonieren und durch deren gezielte Differenzierung geeignetes Transplantatgewebe zu erhalten. Die Verwendung von menschlichen embryonalen Stammzellen ist in Deutschland jedoch aus ethischen Gründen umstritten (Bioethik) und gesetzlich verboten. Alternativ wird daher an der Etablierung neonataler Stammzellen (Nabelschnurblut) oder Stammzellen aus adulten Organismen (z.B. mesenchymale Stammzellen des Knochenmarks) als Zellquelle für das tissue engineering gearbeitet.

M.B.

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