Neues Ohr aus dem Labor fast so elastisch wie ein echtes

Neues Ohr aus dem Labor fast so elastisch wie ein echtes – ein Baustein fehlt noch

Forscher züchteten Ohrknorpel aus menschlichen Zellen, der im Tiermodell formstabil blieb. Nur das Elastin-Netzwerk ist noch nicht vollständig.

Wer ein Ohr durch einen Brand oder Unfall verliert, braucht meist eine aufwendige Rekonstruktion. Auch Kinder mit der angeborenen Fehlbildung Mikrotie – sie betrifft etwa ein bis vier von 10.000 Neugeborenen – stehen früh vor mehreren Eingriffen. Standard ist bis heute der Aufbau aus Rippenknorpel. Zudem bleibt das rekonstruierte Ohr oft steifer als ein natürliches. In Zürich arbeiten Forscher deshalb an einer Alternative: einem Ohr aus dem Labor.

Ein Team um Marcy Zenobi-Wong an der ETH Zürich ist diesem Ziel nun deutlich nähergekommen. Den Forschern gelang es, aus menschlichen Ohrknorpelzellen elastisches Gewebe zu züchten, das im Tiermodell über Wochen seine Form behielt. Veröffentlicht wurden die Ergebnisse im Fachjournal Advanced Functional Materials. Der künstlich hergestellte Knorpel erwies sich als ähnlich stabil und zugleich biegsam wie natürliches Ohrgewebe.

Ohr aus dem Labor bleibt formstabil

Im Zentrum der Forschung steht die Frage: Lässt sich Ohrknorpel so züchten, dass er nicht nur die Form hält, sondern sich auch natürlich anfühlt? Die Laborergebnisse sprechen für sich. Nach rund neun Wochen Reifung implantierten die Forscher die gedruckten Ohrstrukturen unter die Haut von Ratten. Sechs Wochen später war die Form noch klar erkennbar. Auch die mechanischen Eigenschaften lagen nahe am natürlichen Vorbild.

„Wir implantieren kein weiches Gewebe in der Hoffnung, dass es im Körper stabil wird. Wir wollen die Stabilität bereits im Labor erreichen“, sagt Erstautor Philipp Fisch. Das ist dem Team gelungen: Das Gewebe gewann schon vor der Implantation ausreichend Festigkeit.

Von wenigen Millimetern zu Millionen Zellen

Der Weg begann mit einem winzigen Stück Knorpel. Etwa drei Millimeter Durchmesser reichen aus. Daraus isolierten die Forscher rund 100.000 Zellen. Für ein komplettes Ohr braucht es jedoch mehrere hundert Millionen.

Die Lösung: Zellvermehrung im Labor. In einer speziellen Nährlösung wuchsen die Zellen weiter. Gleichzeitig entwickelten die Forscher eine Kulturumgebung, die das Gewebe gleichmäßig mit Sauerstoff und Nährstoffen versorgt. Nur so kann auch das Innere der Struktur gesund reifen.

Anschließend mischten sie die Zellen mit einer gelartigen Bio-Tinte. Ein 3D-Drucker formte daraus die Ohrstruktur. Direkt nach dem Druck war das Material noch weich. Erst im Inkubator entstand die gewünschte Stabilität.

„Entscheidend ist nicht nur, was man hineingibt, sondern wie sich das Gewebe entwickeln kann“, erklärt Fisch. Während der Reifung bildeten sich typische Bestandteile von Ohrknorpel:

Kollagen Typ II für Festigkeit
Elastin für Biegsamkeit
Glykosaminoglykane, die Wasser binden und Struktur geben

Elastin bleibt der kritische Baustein

Trotz des Erfolgs gibt es eine Hürde: das Protein Elastin. Es sorgt dafür, dass sich ein Ohr verbiegen lässt und danach in seine ursprüngliche Form zurückkehrt. Die Zellen produzieren Elastin. Doch das Netzwerk der Elastinfasern muss korrekt verknüpft werden. An dieser Stelle liegt die Schwierigkeit.

„Trotz des großen Erfolgs bleibt das noch nicht vollständig herangereifte Elastin eine Herausforderung für uns“, so Fisch. „Wir sehen Veränderungen im Gewebe. Das zeigt uns klar, dass wir dies noch weiter stabilisieren müssen.“

Ohne ein stabiles Elastin-Netzwerk verliert der Knorpel langfristig seine natürliche Elastizität. Die Forscher sprechen deshalb von einem fehlenden biologischen Bauplan.

Warum das für Betroffene wichtig ist

Die bisherige Standardtherapie nutzt Rippenknorpel. Dabei entnehmen Ärzte Knorpel aus dem Brustkorb und formen daraus ein Ohr. Das Verfahren gilt als bewährt, bringt aber Nachteile mit sich:

zusätzliche Operationsstelle am Brustkorb
Schmerzen und mögliche Verformungen
Narbenbildung
häufig steiferes Ergebnis als ein natürliches Ohr

Ein im Labor gezüchteter Knorpel aus eigenen Zellen könnte diese Probleme reduzieren. Da das Material patienteneigen ist, sinkt das Risiko von Abstoßungsreaktionen. Zudem lässt sich die Form präzise planen.

Geduldiger Weg zur Klinik

Die Forschung dauert an. Ein einzelnes Experiment beansprucht drei bis vier Monate. Die Arbeitsgruppe beschäftigt sich seit mehr als zehn Jahren mit dem Thema. Weltweit arbeiten nur wenige Teams an elastischem Ohrknorpel.

Kurz nach Veröffentlichung der Studie meldeten sich Eltern eines Kindes mit Mikrotie bei Philipp Fisch. Sie wollten wissen, wann mit klinischen Anwendungen zu rechnen sei. Die Antwort bleibt vorsichtig: „Wenn alles gut läuft, finden wir innerhalb der nächsten fünf Jahre hoffentlich den Bauplan für das Elastin-Netzwerk“, sagt Fisch. Danach folgen klinische Studien, Prüfverfahren und Zulassungsprozesse. Erst dann kann ein Ohr aus dem Labor in die medizinische Routine gelangen.

Der letzte Schritt zur dauerhaften Elastizität

Das künstlich gezüchtete Gewebe erreicht bereits heute eine Form- und Materialqualität, die nahe am natürlichen Ohr liegt. Die mechanische Stabilität ist gegeben. Die Elastizität kommt dem Vorbild nahe, bleibt aber noch nicht dauerhaft gesichert.

Die Forschung verbindet Zellbiologie, Materialwissenschaft und 3D-Druck. Aus einem kleinen Knorpelrest entsteht ein komplexes Gewebe. Noch fehlt ein Baustein. Doch die Richtung ist klar: ein individuell gewachsenes Ohr, das sich anfühlt wie ein echtes – und sich auch so verhält.

Kurz zusammengefasst:

Ein Forschungsteam der ETH Zürich hat Ohrknorpel aus menschlichen Zellen gezüchtet, der im Tiermodell stabil blieb und in Festigkeit nahezu einem natürlichen Ohr entspricht.
Das Gewebe entsteht aus einem wenige Millimeter großen Knorpelrest, wird im Labor vermehrt, per 3D-Druck geformt und reift dort kontrolliert zu elastischem Knorpel heran.
Noch fehlt ein vollständig vernetztes Elastin-Gerüst für dauerhafte Elastizität – erst danach kann das Verfahren als Alternative zur belastenden Rippenknorpel-OP infrage kommen.

Übrigens: Während in Zürich ein Ohr aus dem Labor entsteht, erhalten Überlebende des Brands von Crans-Montana gezüchtete Haut aus eigenen Zellen, die elastisch bleibt und mit dem Körper mitwächst. Wie diese lebende Haut hergestellt wird und warum sie für Schwerbrandverletzte entscheidend sein kann, mehr dazu in unserem Artikel.