© Fraunhofer IBMT/Bernd Müller Skalierbare Stammzellprozesstechnik in Suspensionsbioreaktoren.

Stammzellen aus dem Bioreaktor

Publiziert

Mithilfe gezüchteter Stammzellen sollen künftig neue Medikamente gegen bis-lang unheilbare Krankheiten wie etwa Alzheimer entwickelt werden. Im Fraunhofer-Projektzentrum für Stammzellprozesstechnik SPT wird an Verfahren für die Massenproduktion dieser Stammzellen gearbeitet. Dabei kommen neuartige Materialien zum Einsatz, um die Zellen künftig industriell mit hohen Qualitätsstandards herstellen zu können. Während der Messe MEDICA in Düsseldorf wurden die Verfahren erstmals der Öffentlichkeit präsentiert.

Die Zellen eines heranwachsenden Embryos haben eine faszinierende Eigenschaft: Sie können sich in beliebige andere Zelltypen verwandeln – in Herzmuskelzellen, Nervenzellen und vieles mehr. Experten sprechen dabei von pluripotenten Stammzellen. Ist der Körper des Menschen fertig entwickelt, verlieren die Zellen ihre pluripotente Eigenschaft. Seit einigen Jahren jedoch lassen sich Körperzellen von Erwachsenen künstlich in den embryonalen Zustand zurückversetzen. Diese »induzierten pluripotenten Stammzellen« (iPS) sind ein wichtiges Werkzeug der Biotechnologen. So lassen sich kranken, erwachsenen Menschen Körperzellen entnehmen, in Herzmuskel- oder Nervenzellen verwandeln und daran dann Medikamente testen. Da iPS-Zellen das Erbgut des Patienten in sich tragen, lässt sich sehr gut feststellen, welche Medikamente bei ihm Wirkung zeigen könnten. Insofern haben iPS-Zellen ein großes Potenzial für die individualisierte Medizin. Das Problem besteht darin, dass sich iPS-Zellen und daraus abgeleitete Zellen bisher nicht in großem Maßstab in hoher Qualität herstellen lassen. Noch fehlt es an standardisierten Produktionslinien und Verfahren für die industrielle Fertigung, die zudem die regulatorischen Rahmenbedingungen erfüllen. Genau daran arbeitet das neue Fraunhofer-Projektzentrum für Stammzellprozesstechnik SPT in Würzburg, das gemeinsam vom Fraunhofer-Institut für Biomedizinische Technik IBMT und Fraunhofer-Institut für Silicatforschung ISC betrieben wird.

Oberflächen-Know-how und Biotechnologie verknüpfen

»Wir verknüpfen darin unsere biotechnologische Expertise mit materialwissenschaftlichem Know-how«, sagt Fraunhofer-SPT-Geschäftsführerin Dr. Julia Neubauer vom Fraunhofer IBMT. So verfügt das Fraunhofer ISC über profunde Erfahrung in der Entwicklung von Materialien und Oberflächenbeschichtungen. Diese können von den Biotechnologen des Fraunhofer IBMT jetzt im Projektzentrum für die Züchtung von Zellen optimiert werden. Weltweit verwenden Wissenschaftler heute meist harte glatte Oberflächen für die Kultivierung. Darauf konnten beispielsweise künstliche Herzmuskelzellen erzeugt werden, die tatsächlich kontrahieren. Doch verhalten sie sich bei genauerer Betrachtung anders als die Zellen in der gewohnten Körperumgebung. Sie reagieren zum Beispiel kaum auf Hormone wie Adrenalin, durch das sie eigentlich schneller schlagen müssten. Das Fraunhofer-SPT-Team schafft jetzt lebensechtere Kulturbedingungen, damit sich am Ende tatsächlich aus iPS-Zellen abgeleitetes Gewebe mit natürlichem Verhalten bildet. Statt harter Oberflächen kommen beispielsweise weiche Oberflächen-Beschichtungen aus Hydrogelen sowie dreidimensionale »biomimetische Strukturierungen« zum Einsatz, die sich mit modernen 3D-Druckverfahren herstellen lassen. Zusätzlich werden über biochemische Verfahren die Oberflächen so modifiziert, dass eine gewebespezifische Umgebung simuliert wird.

Besonders an der iPS-Zell-Kultivierung am Fraunhofer SPT ist der Einsatz von Bioreaktoren, in denen die Zellen frei in einer Nährlösung beziehungsweise auf den entsprechenden Trägerstrukturen schwebend heranwachsen. In diesen Reaktoren ließen sich die Zellen beispielsweise auf kleinen Mikro-Sphären aus Hydrogelen kultivieren, erläutern Julia Neubauer und der stellvertretende Fraunhofer-SPT-Leiter Marco Metzger vom Fraunhofer ISC. Auch sei es möglich, dass die Zellen zu kleinen dreidimensionalen Aggregaten heranwüchsen und so miteinander interagierten. Das entspreche dann bereits recht gut dem natürlichen Wachstum eines Gewebeverbands. Ein Vorteil der frei schwebenden iPS-Zellkultur ist auch, dass die Zellen stets optimal mit Nährstoffen oder Sauerstoff versorgt sind. Bei einem Zellverband auf einer zweidimensionalen Oberfläche hingegen sind die zuunterst liegenden Zellen oftmals weniger gut versorgt. Auch entspricht die Zellumgebung nicht den natürlichen Bedingungen.

Zellbank für die Forschung

Zusammen mit Pharmaunternehmen hat das Fraunhofer IBMT in den vergangenen Jahren die European Bank For Induced Pluripotent Stem Cells (EBISC) aufgebaut, eine einzigartige Biobank für iPS-Zellen. Diese Biobank verfügt über eine Vielzahl verschiedener iPS-Zell-Linien – etwa von der Parkinson- oder der früh einsetzenden Alzheimer-Erkrankung. Sie stellt die iPS-Zellen Firmen und Forschungsinstituten zur Verfügung. »Mithilfe dieser iPS-Zellen lassen sich Medikamente gegen verschiedene Krankheiten entwickeln und testen«, sagt Julia Neubauer. »Die Bank ist also zentral wichtig für die künftige Behandlung von Erkrankungen, die bislang nicht heilbar sind.« Während der Messe MEDICA wird das Fraunhofer-SPT-Team den Besuchern die neuen Kulturtechnologien, die Funktionsweise der Bioreaktoren und neue Oberflächen für die Kultivierung präsentieren (Halle 3, Stand E74).

EVENTS

Vorsorge-Symposium

Fachmesse 2. Säule sowie ein Vorsorge-Symposium

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Die Fachmesse PFLEGE PLUS bringt Fachbesucher mit ausstellenden Unternehmen, Branchenverbände sowie Experten des Pflegemarkts zusammen.

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Immer wieder wird erzählt, welche positiven Wirkungen Digitalisierung auf das Gesundheitswesen haben kann.

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Networking. Forum. Aussteller

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Die REHACARE ist die internationale Fachmesse für Rehabilitation, Prävention, Inklusion und Pflege.

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DER BRANCHENTREFFPUNKT MIT RELEVANTEN GASTRO-TRENDS

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Die Weltleitmesse der Medizinbranche

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Schmelztiegel für High-Tech-Lösungen in der Medizintechnik

Datum: 11.-14. November 2024

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Pharmaceutical Automation and Digitalisation Congress 2024

Datum: 18.-19. November 2024

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Nationale Messe für Menschen mit und ohne Behinderung.

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Weltweit führende Fachmesse für Wohn- und Objekttextilien

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The Future of Packaging Technology

Datum: 22.-23. Januar 2025

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Weltleitmesse für Bio-Lebensmittel

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Die Entscheider- und Expertenkonferenz bringt das gesamte Wertschöpfungssystem rund um die additive Fertigung zusammen.

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Fachmesse für HRM, trainings to business und Corporate Health

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Leitmesse für die Pflegewirtschaft

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Connecting Digital Health

Datum: 08.-10. April 2025

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Internationale B2B-Messe für Food & Beverage

Datum: 05.-08. Mai 2025

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Control

Internationale Fachmesse für Qualitätssicherung

Datum: 06.-09. Mai 2025

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ICV Gesundheitstagung Schweiz

Controlling im Spannungsfeld von Innovation, Kostenmanagement und digitaler Transformation.

Datum: 13. Mai 2025

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Europäische Fachmesse für innovative Laborausstattung und die Optimierung von Labor-Workflows

Datum: 20.-22. Mai 2025

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Die Leitmesse für intelligente Automation und Robotik

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Weltleitmesse und Kongressfür Komponenten, Systeme und Anwendungen der Photonik

Datum: 24.-27. Juni 2025

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AM Expo

Fachmesse und Symposium: Inspiration, Weiterbildung und Netzwerk

Datum: 09.-10. September 2025

Ort: Luzern (CH)

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Leitmesse der Öl- und Fettindustrie in Europa.

Datum: 15.-19. September 2025

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Datum: 16.-18. September 2025

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Swiss Medtech Expo

Fachmesse und Symposium: Inspiration, Weiterbildung und Netzwerk

Datum: 16. - 17. September 2025

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CMS Berlin

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Datum: 23. - 25. September 2025

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Anuga

Weltweite Ernährungsmesse für Handel und Gastronomie/Ausser-Haus-Markt

Datum: 04.-08. Oktober 2025

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A + A

Messe und Kongress für Arbeitsschutz und Arbeitssicherheit

Datum: 04.-07. November 2025

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Internationale Branchenplattform für Hotellerie, Gastronomie, Take-away und Care

Datum: 15.-19. November 2025

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Pumps & Valves

Die Fachmesse für industrielle Pumpen, Armaturen & Prozesse

Datum: 26. - 27. November 2025

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aqua pro

B2B-Plattform in der Schweiz für Fachkräfte des globalen Wasserkreislaufs

Datum: 04.-06. Februar 2026

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analytica

Weltleitmesse für Labortechnik, Analytik, Biotechnologie und analytica conference

Datum: 24.-27. März 2026

Ort: München (D)

IFAT

Weltleitmesse für Wasser-, Abwasser-, Abfall- und Rohstoffwirtschaft

Datum: 04.-08. Mai 2026

Ort: München (D)

interpack

Führende Messe für Prozesse und Verpackung

Datum: 07.-13. Mai 2026

Ort: Düsseldorf (D)

INDEX

Weltweit führende Ausstellung für Vliesstoffe.

Datum: 19.-22. Mai 2026

Ort: Genf (CH)

Anuga FoodTec

Internationale Zuliefermesse für die Lebensmittel- und Getränkeindustrie

Datum: 23.-26. März 2027

Ort: Köln (D)

Bezugsquellenverzeichnis