Wie Knorpel funktioniert – und warum er sich nicht selbst heilen kann

Jedes Mal, wenn Sie ein Knie beugen, eine Schulter drehen oder den Kopf wenden, absorbiert eine dünne Schicht glänzend weißen Gewebes den Stoß und lässt Knochen reibungslos an Knochen gleiten. Dieses Gewebe ist der Gelenkknorpel, und er ist bemerkenswert gut in seiner Funktion – bis er beschädigt wird. Sobald sich der Knorpel abgenutzt hat, hat der Körper fast keine Möglichkeit, ihn nachwachsen zu lassen.

Diese biologische Einschränkung ist das Kernproblem der Arthrose, der häufigsten Gelenkerkrankung der Welt. Laut einer systematischen Analyse, die in The Lancet Rheumatology veröffentlicht wurde, lebten im Jahr 2020 weltweit etwa 595 Millionen Menschen mit Arthrose – ein Anstieg von 132 Prozent seit 1990. Es wird prognostiziert, dass sich die Zahl bis 2050 auf fast eine Milliarde erhöhen wird. Das Knie ist das am häufigsten betroffene Gelenk, auf das etwa 365 Millionen Fälle entfallen.

Woraus Knorpel besteht

Gelenkknorpel ist ein spezialisiertes Bindegewebe, das nur aus einem Zelltyp besteht: Chondrozyten. Diese Zellen sitzen in winzigen Taschen, den sogenannten Lakunen, eingebettet in eine dichte extrazelluläre Matrix aus Kollagenfasern und Proteoglykanen. Die Matrix verleiht dem Knorpel seine einzigartige Kombination aus Festigkeit und Elastizität, die es ihm ermöglicht, bei alltäglichen Aktivitäten wie Gehen oder Treppensteigen Druckkräfte zu absorbieren, die dem Vielfachen des Körpergewichts einer Person entsprechen.

Knorpel ist in verschiedene Zonen unterteilt, die jeweils eine unterschiedliche Kollagenausrichtung aufweisen. Die Oberflächenzone hat Fasern, die parallel zum Gelenk ausgerichtet sind und Scherbeanspruchungen widerstehen. Tiefere Schichten haben Fasern, die vertikal ausgerichtet sind und Kompression widerstehen. Diese Architektur ist von der Natur präzise konstruiert – und äußerst schwer nachzubilden.

Warum er sich nicht selbst reparieren kann

Die meisten Gewebe im Körper heilen durch eine gut eingeübte Abfolge: Blut strömt zur Verletzungsstelle und liefert Sauerstoff, Immunzellen und Wachstumsfaktoren, die die Reparatur auslösen. Der Knorpel überspringt diesen gesamten Prozess, weil er keine Blutgefäße hat. Er ist avaskulär, was bedeutet, dass Chondrozyten Nährstoffe ausschließlich durch langsame Diffusion aus der Synovialflüssigkeit erhalten, die das Gelenk umgibt.

Dies führt zu einer Kaskade von Problemen. Ohne Blutzufuhr gibt es keine Entzündungsreaktion, um die Heilung anzukurbeln. Ohne Entzündung werden keine Stammzellen oder Vorläuferzellen zur Schadensstelle rekrutiert. Und da Chondrozyten in ihren Lakunen innerhalb einer dichten Matrix eingeschlossen sind, können sie nicht wandern, um einen Defekt zu füllen, wie Hautzellen über eine Wunde kriechen. Dem Knorpel fehlt auch die Lymphdrainage und die Nervenversorgung, was die Wahrnehmung und Reaktion des Körpers auf Verletzungen weiter einschränkt.

Die Folge ist, dass selbst kleine Knorpeldefekte dazu neigen, zu persistieren und sich allmählich zu vergrößern. Mechanische Belastung konzentriert sich um die Ränder des Defekts und beschleunigt den Abbau. Im Laufe der Jahre dünnt sich die Schutzschicht aus, bis Knochen an Knochen reibt – der typische Schmerz bei fortgeschrittener Arthrose.

Aktuelle Behandlungsmöglichkeiten

Da sich Knorpel nicht von selbst regenerieren kann, konzentrieren sich die aktuellen Behandlungen auf die Behandlung von Symptomen und nicht auf die Umkehrung von Schäden. Physiotherapie, Gewichtsmanagement und Bewegung stärken die Muskeln um ein Gelenk und können Schmerzen lindern. Entzündungshemmende Medikamente helfen, Schübe zu kontrollieren. Wenn konservative Ansätze scheitern, können Chirurgen eine Mikrofraktur durchführen – winzige Löcher in den Knochen unter dem Knorpel bohren, um Knochenmarkzellen freizusetzen – aber dies erzeugt Faserknorpel, einen raueren, schwächeren Ersatz, der dazu neigt, innerhalb weniger Jahre abzubauen.

In schweren Fällen bleibt der Gelenkersatz die zuverlässigste Lösung. Allein in den Vereinigten Staaten führen Chirurgen jährlich mehr als 790.000 Kniegelenkersatzoperationen durch. Künstliche Gelenke halten im Durchschnitt 15 bis 20 Jahre, sind aber nicht ideal für jüngere, aktive Patienten, die das Implantat möglicherweise überleben.

Das Rennen um die Knorpelregeneration

Wissenschaftler verfolgen verschiedene Strategien, um die biologische Hartnäckigkeit des Knorpels zu überwinden. Einer der vielversprechendsten jüngsten Durchbrüche kam von Stanford Medicine, wo Forscher ein Protein namens 15-PGDH identifizierten, das mit dem Alter zunimmt und die Knorpelregeneration unterdrückt. Als sie dieses Protein in gealterten Mäusen blockierten, kehrten Chondrozyten in einen jugendlicheren Zustand zurück und begannen, gesunden neuen Knorpel zu produzieren – ohne dass Stammzelltransplantationen erforderlich waren. Menschliche Knorpelproben aus Kniegelenkersatzoperationen zeigten frühe Anzeichen einer Regeneration nach Exposition gegenüber der gleichen Behandlung.

Andere Ansätze umfassen die Implantation von im Labor gezüchteten Chondrozyten, die aus induzierten pluripotenten Stammzellen gewonnen wurden, die Verwendung von bioaktiven Gerüsten, die mit mesenchymalen Stammzellen besiedelt sind, und die Nutzung extrazellulärer Vesikel, sogenannter Exosomen, um entzündungshemmende Signale direkt an geschädigte Gelenke zu liefern. Auch der dreidimensionale Biodruck wird erforscht, um patientenspezifische Knorpelkonstrukte mit der präzisen Schichtarchitektur herzustellen, die natürlicher Knorpel benötigt.

Keine dieser Therapien hat bisher eine breite klinische Anwendung gefunden, aber das Tempo der Entdeckungen beschleunigt sich. Für die Hunderten von Millionen Menschen, deren Gelenke sich still und leise abnutzen, könnte die Frage, warum Knorpel sich nicht selbst heilen kann, bald eine hoffnungsvollere Fortsetzung haben: Wie die Wissenschaft gelernt hat, ihn dazu zu bringen, es zu versuchen.