© 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

Pro Sweet Cologne

Internationale Zuliefermesse für Süsswaren- und Snackindustrie

Datum: 30. Januar - 02. Februar 2022

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Vivaness

Internationale Fachmesse für Naturkosmetik

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Additive Manufacturing Forum

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

Datum: 14. - 15. März 2022

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Datum: 22. - 24. März 2022

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Trendtage Gesundheit Luzern

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

Datum: 23. März - 24. März 2022

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Kursthema: Lebensmittelsicherheit Kursbezeichnung: FSSC 22000 Version 5

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Datum: 27. - 29. März 2022

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Empack Schweiz

The Future of Packaging Technology

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FutureHealth

RETHINKING PATIENT EXPERIENCE

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Achema

Internationale Leitmesse der Prozessindustrie

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Lebensmitteltag

Die führende schweizerische Lebensmittelfachtagung von bio.inspecta und SQS

Datum: 07. April 2022

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Hannover Messe

TRANSFORMING INDUSTRY TOGETHER

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DMEA

Connecting Digital Health

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Anuga FoodTec

Internationale Zuliefermesse für die Lebensmittel-und Getränkeindustrie

Datum: 26. - 29. April 2022

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LASER World of PHOTONICS

Weltleitmesse für Komponenten, Systeme und Anwendungen der Photonik

Datum: 26. - 29. April 2022

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Control

Internationale Fachmesse für Qualitätssicherung

Datum: 03. - 06. Mai 2022

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MedTech Summit

Kongress technologie- und marktrelevanten Themen aus der Medizintechnik- und Gesundheitsbranche

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MedtecLIVE with T4M

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Datum: 03. - 05. Mai 2022

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Swissbau

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

Datum: 03. - 06. Mai 2022

Ort: Basel (CH)

PFLEGE PLUS

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

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Ostschweizer Food Forum

Genuss im Wandel - Zwischen Generationen, Grenzen, Gesellschaften und Geschäftsmodellen

Datum: Mai 2022

Ort: Olma Halle 9.0, St. Gallen (CH)

LogiMat

Internationale Fachmesse für Intralogistik

Datum: 31. Mai - 02. Juni 2022

Ort: Stuttgart (D)

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Fachmesse für Arbeitssicherheit, Gesundheitsschutz & Gesundheitsförderung am Arbeitsplatz

Datum: 01. - 02. Juni 2022

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GS1 Excellence Days

Informieren – Inspirieren – Vernetzen

Datum: 08. - 09. Juni 2022

Ort: Kursaal Bern (CH)

aqua pro

B2B-Plattform in der Schweiz für Fachkräfte des Globalen Wasserkreislaufs

Datum: 08. - 10. Juni 2022

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Vorsorge-Symposium

Fachmesse 2. Säule sowie ein Vorsorge-Symposium

Datum: 08. - 09. Juni 2022

Ort: Zürich (CH)

EPHJ-EPMT-SMT

Interantionale Ausstellung für Uhrenindustrie, Mikrotechnologie und Medizinaltechnik

Datum: 14. - 17. Juni 2022

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Heimtextil

Weltweit führenden Fachmesse für Wohn- und Objekttextilien

Datum: 21. – 24. Juni 2022

Ort: Frankfurt (D)

analytica

Leitmesse für Labortechnik, Analytik, Biotechnologie und analytica conference

Datum: 21. - 24. Juni 2022

Ort: München (D)

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Leitmesse für intelligente Automation und Robotik

Datum: 21. - 24. Juni 2022

Ort: München (D)

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Inspiring Digital Business

Datum: 22. - 23. Juni 2022

Ort: Umwelt Arena Schweiz Spreitenbach (CH)

SWISS eHEALTH FORUM

Pusher der Digitalisierung im Gesundheitswesen

Datum: 30. Juni - 01. Juli 2022

Ort: Bern (CH)

BioFach

Weltleitmesse für Bio-Lebensmittel

Datum: 26. – 29. Juli 2022

Ort: Nürnberg (D)

POWTECH

Pharma.Manufacturing.Excellence

Datum: 30. August - 01. September 2022

Ort: Nürnberg (D)

all about automation

Fachmesse für Industrieautomation

Datum: 31. August - 01. September 2022

Ort: Zürich (CH)

Führungstagung

Tagung für Führungs- und Fachkräfte aus dem Gesundheits- und Sozialbereich

Datum: 02. September 2022

Ort: Kultur & Kongresshaus, Aarau (CH)

Oils + fats

Leitmesse der Öl- und Fettindustrie in Europa.

Datum: 12. - 16. September 2022

Ort: München (D)

Rehacare

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

Datum: 14. - 17. September 2022

Ort: Düsseldorf (D)

Ilmac Lausanne

Networking. Forum. Aussteller

Datum: 28. - 29. September 2022

Ort: Lausanne (CH)

Chillventa

Weltleitmesse der Kältetechnik

Datum: 11. - 13. Oktober 2022

Ort: Nürnberg (D)

SIAL

Fachmesse für Nahrungsmittel-Innovationen

Datum: 15. - 19. Oktober 2022

Ort: Paris (F)

IN.STAND

Die Fachmesse für Instandhaltung und Services

Datum: 18. - 19. Oktober 2022

Ort: Stuttgart (D)

Ifas

Fachmesse für Gesundheitsmarkt

Datum: 25. - 27. Oktober 2022

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ZAGG

DER BRANCHENTREFFPUNKT MIT RELEVANTEN GASTRO-TRENDS

Datum: 23. - 26. Oktober 2022

Ort: Luzern (CH)

SVG-Symposium

Impulse und Gespräche

Datum: 03. November 2022

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Medica

Die Weltleitmesse der Medizinbranche

Datum: 14. - 17. November 2022

Ort: Düsseldorf (D)

Compamed

Schmelztiegel für High-Tech-Lösungen in der Medizintechnik

Datum: 14. - 17. November 2022

Ort: Düsseldorf (D)

St. Galler Demenz-Kongress

«(Un)mögliche Möglichkeiten: Personen mit Demenz im digitalen Zeitalter»

Datum: 16. November 2022

Ort: St.Gallen (CH)

all4pack Paris

The global marketplace for Packaging Processing Printing Handling

Datum: 21. - 24. November 2022

Ort: Paris (F)

Cleanzone

Internationale Fachmesse und Kongress für Reinraumtechnologie

Datum: 23. - 24. November 2022

Ort: Frankfurt am Main (D)

Swiss Handicap

Nationale Messe für Menschen mit und ohne Behinderung.

Datum: 02. - 04. Dezember 2022

Ort: Luzern (CH)

maintenance Schweiz

Schweizer Fachmesse für industrielle Instandhaltung und Facility Management

Datum: 15. - 16. Februar 2023

Ort: Zürich (CH)

Pumps & Valves

Fachmesse für Pumpen- und Ventiltechnik

Datum: 15. - 16. Februar 2023

Ort: Zürich (CH)

interpack

Führende Messe für Prozesse und Verpackung

Datum: 04. - 10. Mai 2023

Ort: Düsseldorf (D)

TUTTOFOOD

Internationale B2B-Messe für Food & Beverage

Datum: 08. - 11. Mai 2023

Ort: Mailand (I)

LABVOLUTION

Als europäische Fachmesse für innovative Laborausstattung und die Optimierung von Labor-Workflows bildet die LABVOLUTION das gesamte Spektrum der Laborwelt ab und zeigt neue Wege für Anwenderbranchen auf.

Datum: 09. - 11. Mai 2023

Ort: Messegelände Hannover (D)

AM Expo

Fachmesse und Symposium: Inspiration, Weiterbildung und Netzwerk

Datum: 12. - 13. September 2023

Ort: Luzern (CH)

Swiss Medtech Expo

Fachmesse und Symposium: Inspiration, Weiterbildung und Netzwerk

Datum: 12. - 13. September 2023

Ort: Luzern (CH)

FachPack

Europäische Fachmesse für Verpackung, Technik, Veredelung und Logistik

Datum: 27. - 29. September 2022

Ort: Nürnberg (D)

Anuga

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

Datum: 07. - 11. Oktober 2023

Ort: Köln (D)

A + A

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

Datum: 24. - 27. Oktober 2023

Ort: Düsseldorf (D)

Mefa

Fachmesse für Fleischwirtschaft und Lebensmittelproduktion

Datum: November 2023

Ort: Basel (CH)

igeho

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

Datum: November 2023

Ort: Basel (CH)

Bezugsquellenverzeichnis