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Veröffentlicht: 25. Juni 2024

Menschliches Knochen-Modell ermöglicht die Untersuchung des Gendefekts

Bei Osteogenesis imperfecta führt ein genetischer Defekt dazu, dass das am Knochenaufbau maßgeblich beteiligte Eiweiß Kollagen keine stabilen Strukturen ausbilden kann. Die Knochen der Erkrankten sind daher extrem brüchig, was sich in der umgangssprachlichen Bezeichnung Glasknochenkrankheit widerspiegelt. Wissenschaftler der ETH Zürich entwickelten nun ein Modell, das die tierversuchsfreie Erforschung der Erkrankung ermöglicht (1).

Für die Glasknochenkrankheit gibt es über 20 sogenannter Tiermodelle, in denen vor allem genetisch veränderte Mäuse und Fische leiden. Aber auch Hunde werden als „Modell“ eingesetzt (2). Aufgrund der Unterschiede zwischen verschiedenen Spezies und der daraus resultierenden mangelnden Übertragbarkeit der Ergebnisse von Tierversuchen auf den Menschen konnte jedoch noch keine zufriedenstellende Therapie für die Erkrankung entwickelt werden. So zwingt die Erkrankung durch Verformungen der Knochen nach wie vor viele Patienten in den Rollstuhl.

Im Gegensatz zu sogenannten Tiermodellen verwendet das nun entwickelte Knochen-Modell menschliche Zellen und generiert so für den Menschen relevante Ergebnisse. Das Modell beruht auf einem dreidimensionalen Gerüst, in dessen Poren sich knochenbildende Zellen – die sogenannten Osteoblasten – ansiedeln können. In dem Gerüst bilden die Zellen ein dreidimensionales Netzwerk aus. Das Gerüstmaterial ist so konstruiert, dass es durch bestimmte Eiweiße, die von den Zellen ausgeschieden werden, abgebaut wird. So können die Zellen ihre Umgebung formen und mit selbst hergestelltem Material die sogenannte extrazelluläre Matrix aufbauen, sodass das Modell die natürliche Entwicklung des menschlichen Knochens besonders gut nachbildet. Zusätzlich wird das Material über feine Kanäle mit einer Flüssigkeit durchströmt, die die Zellen nicht nur mit Nährstoffen versorgt, sondern auch Scherkräfte auf die Zellen ausübt, wie sie auch im menschlichen Körper vorkommen.

Im menschlichen Knochen-Modell können nun Zellen von Patienten mit Glasknochenkrankheit eingesetzt werden. So kann die Erkrankung detailliert erforscht werden und auch neue Medikamente oder Therapien können getestet werden. Neben der Glasknochenkrankheit lassen sich auch weitere Knochenerkrankungen auf dem Chip nachbilden. So forschen die Wissenschaftler auch an einem Modell der Osteoporose (2).