Eucomis autumnalis ist mehr als nur eine Pflanze - es könnte eine Rolle in der biomedizinischen Technik spielen. Gurcharan Singh / Shutterstock

In den letzten Jahren gab es eine Zunahme von biomedizinischen Techniken, mit denen verlorenes Gewebe und Knochen wiederhergestellt werden können. Wenn Sie zum Beispiel einen Autounfall hatten, gibt es Möglichkeiten, verlorene Körperteile oder beschädigtes Gewebe wiederherzustellen oder zu reparieren. Manchmal werden Patienten einer chirurgischen Rekonstruktion unterzogen. manchmal werden sie mit medizinischen Geräten wie Platten in den Knien oder Hüften ausgestattet.

Diese Ansätze haben jedoch Grenzen. Zum einen kann eine Stahlplatte die Funktionen von geschädigten Geweben oder Knochenverlusten nicht wirklich nachahmen, sodass Sie an Beweglichkeit und Flexibilität verlieren können. Ein weiterer Grund ist, dass diese Techniken häufig mehrere schmerzhafte Operationen und lange Krankenhausaufenthalte umfassen. Das kostet nicht nur den einzelnen Patienten viel Zeit und Geld; es stellt auch eine Bürde auf einem Land Gesundheitssystem und seine Wirtschaft.

Es gibt eine Alternative: Tissue Engineering und regenerative Medizin. Dieser Prozess begann vor ungefähr drei Jahrzehnten und baut häufig auf vorhandenen Erkenntnissen auf, um neue Ansätze zu testen. Es zielt darauf ab, biologische Prozesse zu reaktivieren, um Produkte zu bilden, die bei der Knochenregeneration und dem durch Trauma verursachten Gewebeverlust helfen können.

Wir gehören zu den Forschern, die auf diesem Gebiet arbeiten. Wir sind der Meinung, dass Heilpflanzen möglicherweise zumindest einige der Antworten auf die oben genannten Einschränkungen enthalten. Wir haben zwei Pflanzen untersucht, die von traditionellen südafrikanischen Heilern und Kräuterkennern zur Behandlung von Knochenbrüchen und zur Linderung von durch Arthrose verursachten Schmerzen verwendet werden.

Unsere Studien haben positive Ergebnisse im Labor erbracht. Dies legt nahe, dass Verbindungen, die aus diesen Heilpflanzen gewonnen werden, eine wertvolle Möglichkeit bieten könnten, die Knochenregeneration und den Gewebeverlust bei Menschen zu unterstützen, die ein Trauma erlitten haben.

So funktioniert's

Tissue Engineering und regenerative Medizin basieren auf drei zentralen Anforderungen, die zusammenarbeiten: Signale von Körpergeweben und -organen, ansprechenden Stammzellen und Gerüsten.

Gerüste sind Materialien, die mit biologischen Systemen zusammenarbeiten, um körpereigene Gewebe oder Funktionen wie reife Knochenstammzellen, Knorpel, Hautzellen, Gehirnzellen und Neuronen zu untersuchen, zu behandeln, zu verstärken oder zu ersetzen.

Diese Gerüste sollen das Verhalten der Zellphasen reparieren oder modifizieren - das heißt, wie die Zellen während Entwicklungsprozessen wie der Formbildung reagieren. Gerüste dienen auch als Vorlage für die Entwicklung neuer Gewebe, indem sie ihnen den richtigen Weg zeigen und sicherstellen, dass die Zellen die benötigten Nährstoffe erhalten. Die meisten Gerüst-Biomaterialien, die in klinischen Umgebungen verwendet werden, setzen jedoch nicht alle Haken.

Deshalb suchen Forscher nach Alternativen. Und hier kommen Heilpflanzen ins Spiel.

Vielversprechende Pflanzen

Heilpflanzen haben lange gespielt eine integrale Rolle in vielen Kulturen. Ihre Rolle in Tissue-Engineering-Konstrukten bleibt weitgehend unerforscht. Angesichts der Tatsache, dass festgestellt wurde, dass Heilpflanzen Wert haben in Wundheilung, Pharma und Alterungstherapeutika ist es naheliegend, dass sie auch auf unserem Gebiet nützlich sein könnten.

Wir haben an der Abteilung für biomedizinische Wissenschaften der Tshwane University of Technology in Südafrika geforscht. Das Land ist Zuhause auf ein Zehntel aller Pflanzenarten der Welt - das sind 25 000 bekannte Pflanzenarten. Wir haben uns auf zwei konzentriert: Eucomis autumnalis, allgemein Ananaslilie genannt, und Pterocarpus angolensisoder wildes Teakholz.

Die Gattung Eucomis autumnalis wird seit Jahrhunderten zur Heilung von Frakturen eingesetzt. Heute wird es oft als pflanzliches Heilmittel für die postoperative Genesung eingesetzt Wundheilung. Pterocarpus angolensis, inzwischen, fördert die Knorpelbildung und reguliert Kollagen, eine Substanz, die reich an menschlichem Knochen und Knorpel ist.

Wir haben diese Pflanzen mit Gerüsten und Schweinefettzellen kombiniert. Wir fanden heraus, dass die beiden Pflanzen, die wir identifiziert hatten, im Labor aktivierte Körperzellen testeten und die Knochenbildung verbesserten. In Kombination mit relevanten Signalen und Stammzellen leisteten sie auch bessere Arbeit beim Gerüstbau. Und sie waren gut darin, Wunden in vitro zu heilen - also im Labor.

Unser nächster Schritt ist die Arbeit an Tiermodellen und an vielen anderen Heilpflanzen mit ähnlichen Eigenschaften wie den von uns verwendeten.

Der Weg nach vorn

Dies sind aufregende Ergebnisse, denn sie legen nahe, dass die Einbeziehung von Arzneipflanzen mit den relevanten Eigenschaften in die biomedizinische Technik ein guter Weg sein könnte, um die Grenzen der gegenwärtigen Ansätze zu überwinden.

Erstens könnte die Verwendung von Heilpflanzen die Behandlungskosten senken, da sie wirtschaftlich und leicht zugänglich sind. Zweitens könnte sichergestellt werden, dass Patienten nach einem Eingriff nicht so lange im Krankenhaus bleiben müssen, da die Knochenbildung und die Zellaktivierung beschleunigt werden. Ein zusätzlicher Vorteil dieser Untersuchungsreihe ist der wirtschaftliche Aufschwung für Südafrika.

Der Wert des biomedizinischen Gerüsts wird voraussichtlich erreicht 1.5 Milliarden Dollar von 2024. Wenn festgestellt wird, dass einige der südafrikanischen Arzneipflanzen das Knochen- und Gewebezüchtungsverfahren und die Regenerationstechniken unterstützen, könnte das Land zumindest einen Teil des globalen Biomaterialmarktes in die Knie zwingen.

Über die Autoren

Franca Nneka Alaribe, Postdoktorandin am Institut für Biomedizinische Wissenschaften, Tshwane University of Technology und Keolebogile Shirley Motaung, Professorin für Tissue Engineering, Tshwane University of Technology

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