Eine Reihe von Bioreaktoren zur Züchtung von Venentransplantaten, entwickelt von CSEM und ClexBio. Bild: ClexBio

Bioreaktor für kardiovaskuläre Implantate aus gezüchtetem Gewebe

Publiziert

CSEM und ClexBio, ein auf regenerative Medizin spezialisiertes, in Skandinavien angesiedeltes Startup, haben gemeinsam einen neuartigen Bioreaktor entwickelt, in dem menschliche Venen im Labor gezüchtet werden können.

Gemeinsam haben die Partner einen Bioreaktor Prototyp für die Herstellung funktioneller Venenimplantate aus menschlichem Stammzellgewebe entwickelt und getestet, der sich in den Körper des Patienten integriert und zu lebendem Gewebe wird. ClexBio nutzte hierfür seine Kompetenzen im Bereich der regenerativen Medizin, seine IP-Plattform und sein umfassendes Wissen über Hydrogele, während CSEM-Ingenieure und -Ingenieurinnen ihr Know-how in den Bereichen Automatisierung, mikrophysiologische Systeme und intelligente Labortechnik einbrachten.

Die Plattformtechnologie VivoSet von ClexBio ist eine revolutionäre Zell-Biomaterial-Formulierung, die Gewebe mit komplexem Aufbau, wie zum Beispiel Venen, formen und bauen kann. Diese Venen werden durch die Kombination normaler Zellen mit dem patentierten Biomaterial von ClexBio in einem mikrofluidischen Verfahren hergestellt. Sobald sich das gewünschte Gewebe gebildet hat, werden sowohl die Zellen als auch das Gerüst entfernt. Zurück bleibt ein Implantat, das aus menschlicher extrazellulärer Matrix besteht, dem Hauptbestandteil natürlicher Gewebe. Das so gezüchtete Venentransplantat kann Patienten direkt implantiert werden. 

CSEM, das Schweizer Technologie-Innovationszentrum, ist auf die Entwicklung von standardisierten Gewebezucht-Plattformen spezialisiert. Die Ingenieure und Ingenieurinnen des Unternehmens arbeiteten mit den Experten von ClexBio zusammen, einen Bioreaktor zu entwerfen und zu validieren, der diese Gewebeimplantate in skalierbarer Weise herstellen kann. Der Bioreaktor ermöglicht den Nachbau der röhrenförmigen Struktur der Venen, die das Blut aus den Organen zurück zum Herzen transportieren. Durch die Kombination aus einem Gerüst, biokompatiblen Membranen und 3D-Druck mit biokompatiblen Harzen konnte das CSEM Team CSEM die Form für die Herstellung von Röhren wie Venen entwickeln und eine Reihe von künstlichen Geweben mit einer Länge von ca. 10 cm und einem Durchmesser von ca. 1 cm herstellen. 

Die ersten vorklinischen Ergebnisse von ClexBio zeigen, dass die Implantate bei den Patienten nach der Einpflanzung keine Immunreaktion auslösen. Stattdessen werden sie von den eigenen Zellen des Patienten besiedelt und verwandeln sich in funktionelles Gewebe, das sich in den Körper integriert und mit ihm wächst – eine wirklich regenerative Lösung und ein möglicher Durchbruch in der modernen Medizin.

Züchtung von venösem Gewebe

Ziel des Supervene-Projekts war es, standardisierte, automatisierte Herstellungsverfahren für die regenerative Medizin zu entwickeln, die vom Labor in den klinischen Bereich übergehen. «VivoSet ist eine neue Technologie, die das unglaubliche Potenzial neuartiger Zelltherapien freisetzen kann», so Stéphanie Boder-Pasche, Senior Project Manager in Cell Microtechnologies am CSEM. Ihr Kollege Gilles Weder, Leiter der Abteilung Forschung & BD in Life Science Technologies am CSEM, ergänzt: «Für die Herstellung solch revolutionärer Implantate benötigen wir ein geschlossenes High-Tech-Bio-Produktionssystem, das automatisch funktioniert.»

Die Venen reifen über einige Wochen in einer sterilen Umgebung, automatisch umströmt von Medien für die Sauerstoff- und Nährstoffversorgung. Für Armend Håti, CEO und Mitbegründer von ClexBio, ist dies ein wichtiger Meilenstein: «Die Verwendung eines geschlossenen Systems zur Herstellung der Venentransplantate verringert das Risiko einer Kontamination, gewährleistet Produktqualität und -sicherheit und erleichtert die Einhaltung gesetzlicher Vorschriften. Dies ist eine wichtige Voraussetzung dafür, dass wir in Zukunft Studien am Menschen durchführen und das Produkt unter GMP-Bedingungen im grossen Massstab vermarkten können.»

Ausblick

Nach der Basisentwicklung des Systems wird ClexBio nun weitere vorklinische Tests an grösseren Tiermodellen durchführen, um Daten über die Funktionsfähigkeit der biotechnologisch hergestellten Venenimplantate im Herz-Kreislauf-System zu sammeln, einschliesslich ihrer Fähigkeit, sich mit den eigenen Zellen des Wirts zu besiedeln. «Wir sind begeistert von dem Paradigmenwechsel, den dies für die menschliche Chirurgie und für die Behandlung von geschädigtem Gewebe einleiten kann – wir machen hier einen grossen Schritt über die Welt der synthetischen Implantate hinaus in die Welt des Bioengineering», sagt Armend Håti.

Was ist chronische venöse Insuffizienz (CVI)?

Zu einer schweren chronischen venösen Insuffizienz (CVI) kann es kommen, wenn die Klappen in den Beinvenen nicht richtig funktionieren, wodurch das Blut zurückfliesst und sich in den Venen staut. Diese Krankheit, unter der Millionen von Menschen auf der ganzen Welt leiden, kann Symptome wie Krampfadern, Schmerzen, Schwellungen, Ödeme, Krämpfe und wiederkehrende Geschwüre verursachen. Synthetische Implantate oder Stents haben bisher versagt, da sie zu thrombotischen Ereignissen im venösen System führen. Die derzeitigen Behandlungsmöglichkeiten beschränken sich auf Kompressionsstrümpfe bis hin zur symptomatischen Wundbehandlung, aber bis heute gibt es keine wirksame Methode, um schwere Fälle von CVI an der Wurzel zu packen.

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Bezugsquellenverzeichnis