© 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

AUTOMA+

Healthcare Automation and Digitalisation Congress

Datum: 25.-26 September 2023

Ort: Regensdorf (CH)

Ilmac

Fachmesse für Prozess- und Labortechnologie

Datum: 26.-28. September 2023

Ort: Basel (CH)

POWTECH

Pharma.Manufacturing.Excellence

Datum: 26.-28. September 2023

Ort: Nürnberg (D)

Hey!Circle

Heyde gibt Wissen weiter

Datum: 28. September 2023

Ort: Dübendorf (CH)

Anuga

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

Datum: 07.-11. Oktober 2023

Ort: Köln (D)

Blezinger Healthcare

13. Fachkonferenz - Das Spital der Zukunft

Datum: 19.-21. Oktober 2023

Ort: Luzern (CH)

A + A

Internationale Fachmesse für Persönlichen Schutz, Betriebliche Sicherheit und Gesundheit bei der Arbeit.

Datum: 24.-27. Oktober 2023

Ort: Düsseldorf (D)

maintenance Schweiz

Schweizer Fachmesse für industrielle Instandhaltung und Facility Management

Datum: 25.-26. Oktober 2023

Ort: Zürich (CH)

Pumps & Valves

Fachmesse für Pumpen- und Ventiltechnik

Datum: 25.-26. Oktober 2023

Ort: Zürich (CH)

IN.STAND

Die Fachmesse für Instandhaltung und Services

Datum: 07.-08. November 2023

Ort: Stuttgart (D)

Medica

Die Weltleitmesse der Medizinbranche

Datum: 13.-16. November 2023

Ort: Düsseldorf (D)

Compamed

Schmelztiegel für High-Tech-Lösungen in der Medizintechnik

Datum: 13.-16. November 2023

Ort: Düsseldorf (D)

Lefa (ehemals Mefa)

Branchentreffpunkt für das verarbeitende schweizerische Lebensmittelgewerbe

Datum: 18.-22. November 2023

Ort: Basel (CH)

igeho

Internationale Plattform für Hotellerie, Gastronomie, Take-away und Care-Institutionen in der Schweiz

Datum: 18.-22. November 2023

Ort: Basel (CH)

SVG-Symposium

Impulse und Gespräche

Datum: 18.-22. November 2023

Ort: Zentrum für Weiterbildung, Universität Zürich (CH)

Heimtextil

Weltweit führende Fachmesse für Wohn- und Objekttextilien

Datum: 09.-12. Januar 2024

Ort: Frankfurt am Main (D)

Swissbau

Die führende Plattform der Bau- und Immobilienwirtschaft in der Schweiz.

Datum: 16.-19. Januar 2024

Ort: Basel (CH)

Empack Schweiz

The Future of Packaging Technology

Datum: 24.-25. Januar 2024

Ort: Bern (CH)

LOGISTICS & AUTOMATION

Schweizer Fachmesse für Logistik und Transport

Datum: 24.-25. Januar 2024

Ort: Bern (CH)

Pro Sweets Cologne

Internationale Zulieferer der Snack- und Süßwarenbranche

Datum: 28.-31. Januar 2024

Ort: Köln (D)

aqua pro

B2B-Plattform in der Schweiz für Fachkräfte des Globalen Wasserkreislaufs

Datum: 07.-09. Februar 2024

Ort: Bulle (CH)

BioFach

Weltleitmesse für Bio-Lebensmittel

Datum: 13.-16. Februar 2024

Ort: Nürnberg (D)

Vivaness

Internationale Fachmesse für Naturkosmetik

Datum: 13.-16. Februar 2024

Ort: Nürnberg (D)

LOPEC

International führende Fachmesse mit Kongress für Gedruckte Elektronik

Datum: 05.-07. März 2024

Ort: München (D)

Trendtage Gesundheit Luzern

Die TGL sind die führende nationale Plattform für Trends und Perspektiven im Gesundheitswesen.

Datum: 06.-07. März 2024

Ort: Luzern (CH)

INTERNORGA

Leitmesse für den Ausser-Haus-Markt

Datum: 08.-12. März 2024

Ort: Hamburg (D)

ZHAW-IFM Day

Der IFM-Day der ZHAW findet als Begegnungstag für FM-Ausbildung und FM-Praxis statt.

Datum: 08. März 2024

Ort: Wädenswil (CH)

Pro Wein

Internationale Fachmesse Weine und Spirituosen

Datum: 10.-12. März 2024

Ort: Düsseldorf (D)

LogiMat

Internationale Fachmesse für Intralogistik

Datum: 19.-21. März 2024

Ort: Stuttgart (D)

Anuga FoodTec

Internationale Zuliefermesse für die Lebensmittel-und Getränkeindustrie

Datum: 19.-22. März 2024

Ort: Köln (D)

Additive Manufacturing Forum

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

Datum: 20.-21. März 2024

Ort: Berlin (D)

FutureHealth Basel

Accelerating the healthcare system

Datum: 21. März 2024

Ort: Basel (CH)

Gastia

Die Fach- und Erlebnismesse für Gastfreundschaft

Datum: 24.-26. März 2024

Ort: Olma Messen St.Gallen (CH)

HR Festival Europe

Fachmesse für HRM, trainings to business und Corporate Health

Datum: 26.-27. März 2024

Ort: Zürich (CH)

analytica

Leitmesse für Labortechnik, Analytik, Biotechnologie und analytica conference

Datum: 09.-12. April 2024

Ort: München (D)

DMEA

Connecting Digital Health

Datum: 09.-11. April 2024

Ort: Berlin (D)

Lebensmitteltag

Die führende schweizerische Lebensmittelfachtagung von bio.inspecta und SQS

Datum: 18. April 2024

Ort: Luzern (CH)

Hannover Messe

TRANSFORMING INDUSTRY TOGETHER

Datum: 22.-26. April 2024

Ort: Hannover (D)

Altenpflegemesse

Leitmesse für die Pflegewirtschaft

Datum: 23.-25. April 2024

Ort: Essen (D)

Control

Internationale Fachmesse für Qualitätssicherung

Datum: 23.-26. April 2024

Ort: Stuttgart (D)

SBK Kongress

Kongress vom Berufsverband der diplomierten Pflegefachpersonen der Schweiz

Datum: 02.-03. Mai 2024

Ort: Bern (CH)

IFAT

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

Datum: 13.-17. Mai 2024

Ort: München (D)

HealthEXPO

Gesundheit, New Health Care und Zukunftsform

Datum: 25. Mai 2024

Ort: Basel (CH)

drupa

Weltweit führende Fachmesse für Drucktechnologien

Datum: 28. Mai-07.Juni 2024

Ort: Düsseldorf (D)

ArbeitsSicherheitSchweiz

Fachmesse für Arbeitssicherheit, Gesundheitsschutz & Gesundheitsförderung am Arbeitsplatz

Datum: 05.-06. Juni 2024

Ort: Zürich (CH)

Achema

Internationale Leitmesse der Prozessindustrie

Datum: 10.-14. Juni 2024

Ort: Frankfurt am Main (D)

PFLEGE PLUS

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

Datum: 14.-16. Mai 2024

Ort: Stuttgart (D)

MedtecLIVE with T4M

Fachmesse für die gesamte Wertschöpfungskette der Medizintechnik

Datum: 18.-20. Juni 2024

Ort: Stuttgart (D)

Blezinger Healthcare

9. Fachkonferenz - Das Pflegeheim der Zukunft

Datum: 20.-21. Juni 2024

Ort: Luzern (CH)

all about automation

Fachmesse für Industrieautomation

Datum: 28.-29. August 2024

Ort: Zürich (CH)

FachPack

Europäische Fachmesse für Verpackung, Technik, Veredelung und Logistik

Datum: 24.-26. September 2024

Ort: Nürnberg (D)

Cleanzone

Internationale Fachmesse und Kongress für Reinraumtechnologie

Datum: 25.-26. September 2024

Ort: Frankfurt am Main (D)

Ilmac Lausanne

Networking. Forum. Aussteller

Datum: 25.-26. September 2024

Ort: Lausanne (CH)

Chillventa

Weltleitmesse der Kältetechnik

Datum: 08.-10. Oktober 2024

Ort: Nürnberg (D)

SIAL

Fachmesse für Nahrungsmittel-Innovationen

Datum: 19.-23 Oktober 2024

Ort: Paris (F)

ZAGG

DER BRANCHENTREFFPUNKT MIT RELEVANTEN GASTRO-TRENDS

Datum: 20.-23. Oktober 2024

Ort: Luzern (CH)

IFAS

Fachmesse für den Gesundheitsmarkt

Datum: 22.-24. Oktober 2024

Ort: Zürich (CH)

ALL4PACK EMBALLAGE

The global marketplace for Packaging Processing Printing Handling

Datum: 04.-07. November 2024

Ort: Paris (F)

Swiss Handicap

Nationale Messe für Menschen mit und ohne Behinderung.

Datum: 29. November-1. Dezember 2024

Ort: Luzern (CH)

TUTTOFOOD

Internationale B2B-Messe für Food & Beverage

Datum: 05.-08. Mai 2025

Ort: Mailand (I)

LABVOLUTION

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

Datum: 20.-22. Mai 2025

Ort: Messegelände Hannover (D)

Oils + fats

Leitmesse der Öl- und Fettindustrie in Europa.

Datum: 15.-19. September 2025

Ort: München (D)

index

Weltleitmesse für Vliesen

Datum: 21.-24. April 2026

Ort: Genf (CH)

interpack

Führende Messe für Prozesse und Verpackung

Datum: 07.-13. Mai 2026

Ort: Düsseldorf (D)

Bezugsquellenverzeichnis