Quelle: Plastics Today

Polymer können helfen, Knochendefekte zu reparieren

Statistisch betrachtet ist eines von 500 Neugeboren von einer Lippen-Kiefer-Gaumenspalte betroffen, eine im Volksmund als „Hasenscharte“ beziehungsweise „Wolfsrachen“ bezeichnete Fehlbildung. Deren Therapie umfasst nicht nur eine psychologische Komponente, sondern auch und vor allem einen gesichts- und kieferorthopädischen Eingriff, bei dem bislang aus dem Becken entnommener Knochen implantiert oder Zement verwendet wurde, um die Lücke zu schließen, was allerdings nicht ganz unproblematisch ist. Mit einem schwammartigen, bioabbaubaren Polymer (s. Foto oben), der die Lücke in Gänze auszufüllen scheint und von Knochenzellen durchwachsen werden kann, hoffen US-amerikanische Wissenschaftler, einen entscheidenden Schritt in eine bessere Therapierbarkeit der Kiefer-Gaumenspalte unternehmen zu können.

Der Fehler passiert in einer relativ frühen Phase der Embryonalentwicklung, die etwa von der dritten bis zur achten Schwangerschaftswoche verläuft. Der befruchtete Keim beginnt, Gestalt anzunehmen. Die Achsen bilden sich aus, die Grundlage für die unterschiedlichen Gewebearten, die ein Mensch besitzt, und das Organsystem werden in groben Zügen angelegt. Das Gesicht erfährt eine erste Einteilung. Es entwickelt sich nicht, lapidar gesagt, in einem Guss, sondern partiell, wobei die einzelnen Partien im Laufe der weiteren Entwicklung zusammenwachsen. Unter unglücklichen Umständen, denen genetische Ursachen zugrunde liegen können aber auch exogene Einflüsse eine Rolle spielen, können sich Fehler in den Montageprozess schmuggeln, die zur Folge haben, das die Oberlippe nicht zusammenwächst und sich eine sogenannte y-förmige Hasenscharte bildet. Schwerer wiegt es jedoch, wenn nicht nur weiches Gewebe, sondern auch Knochenmaterial fehlt, namentlich im Oberkiefer, oder gar der ganze Gaumen und Mundraum und Nase, vereinfacht gesagt, eine große Höhle ausbilden. Diesen Zustand, im Volksmund Wolfsrachen genannt, zu behandeln, ist medizinisch machbar, jedoch aufwendig und nicht trivial.

Bislang gingen die Mediziner bei der Therapie dem Schwergrad der Fehlbildung entsprechend in unterschiedlichen Schritten vor. Während die Lippenspalte bereits im Alter von drei bis sechs Monaten operiert werden kann, zieht die Kiefer- und Gaumenspalte mehrere Operationen bis ins Alter von zehn Jahren nach sich. Ein wichtiger Eingriff dient dazu, die Lücke durch einsetzen von Knochenmaterial, das dem Becken des Kindes entnommen wurde, zu implantieren in der Hoffnung, es möge anwachsen und dem Patienten ein vergleichsweise normales Leben in puncto Essen, Trinken und Sprechen, ermöglichen. Das aber ist nicht per se zu erwarten.

Als problematisch erweist sich insbesondere die Tatsache, kein Knochen lässt sich derart entnehmen und von Hand gestalten, dass es die Lücke gemäß dem Bauplan der Natur exakt in Form, Wölbung und Ausmaß zu schließen im Stande wäre. Das heißt, eine Operation, wie sie derzeit durchgeführt wird, kann im Grund nur das Schlimmste überwinden helfen und dem Patienten einen gewissen Grad an Normalität erlauben. Ein Idealzustand aber wird nicht oder nur ganz selten erreicht. Auch nicht wirklich unter Verwendung von Zement, der zwar modellierbar ist und Aushärte, jedoch spröde ist und Knochenzellen keine Chance bieten, in die innere Struktur hineinzuwachsen und den Knochenspalt zu überbrücken. Das aber könnte sich in Zukunft ändern.

US-amerikanische Wissenschaftler der Texas A&M University haben nun ein Polymermaterial entdeckt, das in der Lage ist, so die Hoffnung der Forscher, die Kiefer-Gaumenspalte vollends auszufüllen, wie Bauschaum bei der Montage von Türzargen die Lücke zwischen Mauerwerk und Zarge ausfüllt.

Polycaprolacton (PCL), genauer Poly-ε-Caprolacton, ist ein biologisch abbaubarer, Erdöl-basierter, thermisch verformbare Kunststoff. Gebildet wird er als Kette des Caprolacton, dem ε-Lacton der Capronsäure. PCL erweist sich unter gewissen Bedingungen als eine elastische Substanz mit einer schwammartigen Struktur und der Eigenschaft, ein Formgedächtnis zu entwickeln. Dieses Eigenschaftsprofil brachte die Forscher auf die buchstäblich heiße Spur: Erhitzt man SMP auf etwa 82 °C (140 °F), wird das Material weich und formbar. In den Knochendefekt eingesetzt, würde es abkühlen und seine vergleichsweise steife Textur wieder annehmen und somit an Ort und Stelle bleiben. Das Gerüst beziehungsweise die Schwammstruktur wiederum ist gut für Knochenzellen zu durchdringen; die Lücke kann mit Körper eigener Knochensubstanz geschlossen werden. Sie bliebe zurück, wenn der Körper das Polymermaterial abgebaut hat.

Ob und in welcher Weise sich PCL aber in beschriebener Form bei der Behandlung von Kiefer-Gaumenspalten bewährt, soll absehbar experimentell ermittelt und untersucht werden. Wenn es sich als wirksam herausstellen sollte, böte PCL neue Ansätze bei der Behandlung von Knochendefekten infolge von Geburtsfehlern, Unfällen oder Krebserkrankungen, spekulieren die Wissenschaftler.

Guido Deußing

Foto: Plastics Today
Quelle: Plastics Today