Die Bandscheibe auf dem Prüfstand

Mithilfe eines Kunststoffmodells zeigt Doktorandin Laura Zengerle die Arbeitsweise des Wirbelsäulenbelastungssimulators. (Foto: Elvira Eberhardt / Uni Ulm)

Rückenschmerzen ist eine Volkskrankheit. Zudem sind sie sehr kostspielig: Allein in der Europäischen Union liegen die die ökonomischen Kosten bei „Lower Back Pain“ (LBP) bei über 240 Milliarden Euro pro Jahr. Ein europäisches Großprojekt geht neue Wege bei der Therapie von degenerierten Bandscheiben.

Das von der Universität Utrecht koordinierte „iPSpine“ -Projekt setzt dabei auf die Verbindung von innovativen Biomaterialien mit stammzellbasierten Ansätzen. Zu den 20 Projektpartnern gehört auch die Universität Ulm sowie die Ulmer Ausgründung SpineServ, die zusammen gut eine Million Euro erhalten. Die Wissenschaftler entwickeln Hard- und Software, um natürliches sowie künstliches Bandscheiben-Material zu testen.

Neue Materialien für Stabilität der Bandscheibe

Im Projekt iPSpine prüfen die Forscher aus Ulm die biomechanischen Eigenschaften dieser neuartigen Material-Zell-Kombinationen. „Lässt sich mit den neuen Materialverbindungen die Stabilität der Bandscheibe wiederherstellen? Wie kommt die therapierte Zwischenwirbelscheibe mit Langzeitbelastungen zurecht, wie reagiert sie bei hoher komplexer Beanspruchung?“, erläutert Professor Hans-Joachim Wilke einige Fragen des Ulmer Projektanteils. Der Wissenschaftler forscht am Institut für Unfallchirurgische Forschung und Biomechanik zu den Grundfunktionen und Belastungsgrenzen der Wirbelsäule.

Mobiler Wirbelsäulensimulator

Um die Funktionsweise und Belastungsgrenze der Wirbelsäule und ihrer Bestandteile systematisch und hochpräzise zu untersuchen, kommt ein von Wilke entwickelter Wirbelsäulenbelastungssimulator zum Einsatz. Aktuell arbeiten die Forschenden an der Entwicklung einer mobilen Variante, die vor Ort in den iPSpine-Partnerlaboren eingesetzt werden kann und sich besser transportieren lässt. Denn das Untersuchungsmaterial – dazu gehört sowohl natürliches als auch „künstliches“ Bandscheibengewebe – ist hochempfindlich. 

Software für bessere Messung

In einem zweiten Projektteil entwickelt die Firma SpineServ, eine Ausgründung aus der Arbeitsgruppe von Wilke, eine spezielle Software. Sie soll bandscheibenbezogene De- und Regenerationsprozesse besser messen können. Mit Hilfe künstlicher Intelligenz (KI) wird über einen bestimmten Zeitraum der Degenerationsgrad bestimmt. Über die Quantifizierung des Materialverlustes soll im Umkehrschluss ein Messverfahren entwickelt werden. Damit soll es in Zukunft möglich sein, auch die Regeneration von Bandscheibengewebe zu erfassen und dabei geringste Effekte sichtbar zu machen. 

Und was genau sind das für Materialkombinationen, die im Rahmen des europäischen iPSpine-Konsortiums beforscht und getestet werden? „Für die Entwicklung innovativer Therapieansätze zur Regeneration von Bandscheiben werden Induzierte Pluripotente Stammzellen (iPS) mit neuartigen Biomaterialien kombiniert, die eine gesunde Bandscheibenumgebung schaffen“, erklärt iPSpine-Koordinatorin Marianna Tryfonidou, Professorin für Regenerative Orthopädie an der Veterinärmedizinischen Fakultät der Universität Utrecht. Sie sollen das Wachstum transplantierter Bandscheiben-Vorläuferzellen fördern und die Verjüngung der geschädigten Bandscheibe unterstützen. Das wissenschaftliche Spektrum reicht dabei von der Grundlagenforschung über die präklinische Erprobung bis hin zum therapeutischen Einsatz in der Klinik. 

Besonders im Fokus der iPSpine-Forscher stehen dabei die Zwischenwirbelscheiben Gemeinsam mit ihren 19 Projektpartnern aus sieben europäischen Ländern sowie den USA und Hong Kong forschen die Ulmer daran, wie sich degenerierte Zwischenwirbelscheiben regenerieren lassen. Die Ergebnisse sollen dabei helfen, Bandscheibenerkrankungen besser zu behandeln.