Könnten im Labor gezüchtete Knochen Gewebetransplantate und zahlreiche schmerzhafte Operationen ersetzen? Nina Tandon ist CEO und Mitbegründerin von EpiBone, einem Biotech-Unternehmen mit Sitz in Brooklyn, das vom Weltwirtschaftsforum zu einem der Technologiepioniere 2015 gewählt wurde. Tandon ist auch eine junge Wissenschaftlerin des Weltwirtschaftsforums, die auf der Jahrestagung der New Champions in Tianjin, China, vom 26. bis 28. Juni sprechen wird.
Was machen Sie?
Wir züchten Knochen aus Stammzellen, um hoffentlich Menschen zu helfen, die eine Skelettrekonstruktion benötigen.
Wie machen Sie das?
Wir nehmen zwei Dinge vom Patienten. Zum einen eine Probe ihres Fettgewebes, aus der wir Stammzellen gewinnen. Das andere ist ein CT-Scan, eine Art dreidimensionales Röntgenbild des Knochens, den wir aufbauen wollen. Auf dieser Grundlage stellen wir die perfekte Form her, die wir als Gerüst bezeichnen. Dieses Gerüst kann aus Proteinen und Kollagen aus Tierknochen oder aus synthetischen Materialien hergestellt werden. Wir infundieren die Zellen in diese puzzleartige Form, dieses Gerüst, und im Laufe von etwa drei Wochen reifen die Zellen zu einem Knochenstück heran, das für die Implantation bereit ist.
Was ist der Vorteil gegenüber herkömmlichen Knochentransplantaten oder synthetischen Transplantaten?
Der derzeitige Goldstandard für rekonstruktive Eingriffe ist das so genannte Autotransplantat, bei dem wir ein Knochenstück aus einem Teil des Körpers herausschneiden und in einen anderen einsetzen. Das funktioniert dort, wo man den Knochen braucht, ganz gut, kann aber auch zu anderen Problemen führen, denn es gibt kein Stück Knochen, das der Körper nicht wirklich braucht. Mein Verlobter hatte zum Beispiel eine Operation, um seinen Knöchel zu rekonstruieren. Dabei wurde ein Stück seines Hüftknochens entnommen, und sein Unterleib schmerzt jetzt genauso stark wie sein Knöchel.
Synthetische Implantate halten nur eine bestimmte Zeit, und die Menschen leben immer länger. Wenn man sich mit 15 Jahren verletzt und 115 Jahre alt wird, ist die Vorstellung, dass das Implantat nur 10-15 Jahre hält, nicht mehr tragbar. Wir brauchen also neue Lösungen für die Reparatur des Skeletts.
Wir hoffen auch, dass mit unserem Ansatz keine immunsuppressiven Medikamente benötigt werden, weil man erkennt, dass es sich um körpereigene DNA handelt.
Wie weit sind Sie mit Ihrer Forschung?
Wir machen derzeit Tierversuche, und wir denken, dass wir etwa 18 Monate von Versuchen am Menschen entfernt sind.
Was die Markteinführung betrifft, so rechnen wir mit 2022 oder 2023. Das ist kein Sprint, das ist ein Marathon. Man kann einen Chip umprogrammieren und er verhält sich sofort anders, aber es dauert drei Wochen, bis ein Knochen gewachsen ist. Unsere Technologie schreitet schnell voran, aber die Zellen selbst können nicht überstürzt werden, und die medizinische Forschung kann nicht überstürzt werden.
Wir haben uns im Laufe der Jahre mit vielen Chirurgen angefreundet, die solche Dinge dringend brauchen. Sie haben Patienten, die sie behandeln wollen. Wir bekommen jeden Tag E-Mails von Leuten, die sich freiwillig melden wollen. Aber zuerst müssen wir sicherstellen, dass alles sicher ist.
Wer wird davon profitieren?
Im Moment konzentrieren wir uns auf die Knochen oberhalb des Halses, bei Krebs, Trauma, angeborenen Defekten und Zahnchirurgie. In diesem Bereich werden allein in den USA jedes Jahr etwa 100.000 Eingriffe durchgeführt. Nach Blut sind Knochen das am häufigsten transplantierte Gewebe.
Könnten Sie auch größere Knochen züchten?
Theoretisch ja, aber die Materialien unserer Gerüste setzen uns einige Grenzen. Wir beobachten daher aufmerksam jeden Fortschritt in der Materialwissenschaft, der darauf hindeutet, dass wir größere und stärkere Knochen züchten können.
Wie wäre es, wenn man ein ganzes Bein oder einen Arm züchten könnte?
Wir können uns alle eine Zukunft vorstellen, in der unser Ansatz für die Regeneration einer ganzen Gliedmaße verwendet werden kann, aber das wird noch viel weiter gehen, weil es viele Gewebe gibt, die zu einer Gliedmaße gehören. Es gibt Haut, Neuronen, Muskeln, Knochen, Sehnen, Bänder, und all diese Dinge wachsen in unterschiedlichen Mikroumgebungen. Der derzeitige Stand der Technik besteht darin, zwei Arten von Gewebe zusammen zu züchten – Knochen und Knorpel oder Muskel und Nerven – und das ist schon schwierig. Aber wir hoffen, den Grundstein für diese zukünftige Technologie zu legen.
Was sind Ihre weiteren Herausforderungen?
Unsere größte Herausforderung ist die Übertragung der Arbeit aus dem Labor in die Klinik, auf den Menschen. Wir müssen den Kopf einziehen und in der Wissenschaft wirklich gute Arbeit leisten, damit wir in die Klinik kommen und den Menschen helfen können.
Und was sind Ihre langfristigen Ziele?
Ich würde gerne sagen können, dass man, wenn man mit einem angeborenen Defekt geboren wird, nicht ein Leben lang entstellt sein muss, sondern dass man sein Gesicht wiederherstellen lassen kann. Ganz allgemein gefällt mir die Idee, dass wir unseren eigenen Körper als Quelle der Heilung betrachten können, im Gegensatz zu Pillen und Maschinen.
In gewisser Weise ist es eine landwirtschaftliche und ökologische Sichtweise des Körpers, kombiniert mit 3D-Fertigung. Es ist so alt, dass es neu ist. Die Idee, dass wir natürliche Systeme kultivieren können, hat ihre Wurzeln in der Vorgeschichte, bei der Domestizierung von Tieren. Aber jetzt wird sie wieder aufgegriffen: „Können wir unseren Körper mit unseren eigenen Zellen reparieren?“
Sie haben ursprünglich eine Ausbildung als Elektroingenieur gemacht. Wie sind Sie vom Programmieren von Chips zum Züchten von Knochen gekommen?
Anfang der 2000er Jahre arbeitete ich in der Telekommunikation und begann, abends an der örtlichen Volkshochschule einen Physiologiekurs zu besuchen. Als ich über die DNA las und erkannte, dass sie viel leistungsfähiger ist als ein binäres Speichermedium, war das für mich eine starke Analogie. Schließlich ging ich ans MIT, um neuronale Schnittstellen zu studieren. Zusammen mit Sarindr Bhumiratana, einem anderen Postdoktoranden, half ich bei der Gründung von EpiBone aus dem Labor meines Doktorvaters. Ich züchtete Herz- und Nervengewebe, und er züchtete Knochen und Knorpel. Es handelt sich also um eine Teamarbeit.
Wie würden Sie als leidenschaftliche Wissenschaftlerin mehr Frauen ermutigen, sich für MINT-Fächer (Wissenschaft, Technologie, Ingenieurwesen und Mathematik) zu interessieren?
Als kleine Kinder sind wir alle von der Wissenschaft begeistert, aber in unseren Teenagerjahren müssen wir unsere Studien einschränken. Dann verlieren wir unsere Mädchen, aber auch viele Jungen. Wir müssen also dafür sorgen, dass sie sich weiterhin engagieren können. Spielzeug ist ein großartiger Einstieg, und es gibt einige brillante Innovatoren in diesem Bereich, wie Ayah Bdeir von littleBits und Debbie Sterling von GoldieBlox. Wir sollten uns daran erinnern, dass Lernen mit Spielen zu tun hat und dass Karrieren auch mit Spielen zu tun haben können. All das sind Möglichkeiten, um sicherzustellen, dass wir eine Vielzahl von Mitwirkenden haben.
Dieses Interview wurde in Zusammenarbeit mit dem Weltwirtschaftsforum produziert.