Die Zellingenieure formieren sich

Das Herstellen von biologischem Gewebe oder Knochen ist keine leichte Aufgabe. Doch die Nachfrage nach Tissued-Engineering-Produkte steigt. Gefragt sind neue Bioreaktoren und Fertigungsequipment.

Weltweit laufen die Aktivitäten rund um die Stammzellenforschung und die In-vitro-Zellvermehrung auf Hochtouren: „Der schnelle Transfer von wissenschaftlichen Ergebnissen in die industrielle Entwicklung und kommerzielle Umsetzung ist entscheidend für neue Therapien und den medizinischen Erfolg“, konstatiert Scott P. Bruder, Senior Vice President and Chief Technology Officer bei dem US-Unternehmen Becton Dickinson & Co auf einem Symposium der US-National Science Foundation. Zwar steckt die Bioproduktion von Zellen, Haut, Knochen oder ganzer Organe noch in den Kinderschuhen, aber der Ruf nach leistungsfähigen Werkzeugen und automatischen Verfahren ist lauter denn je: „Sowohl beim Life-Science-Monitoring von lebenden Präparaten als auch beim Proben-Scanning gibt es einen deutlichen Schub in Richtung Prozessautomatisierung“, betont Abteilungsleiter Jan Stallkamp vom Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA.

Hoher Erwartungsdruck

Der Erwartungsdruck bei Ersatz von erkranktem Gewebe und der Unterstützung gestörter Organfunktionen ist hoch. Rund 230 Millionen Euro hat das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) und die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) in den letzten Jahren in die Forschung gesteckt, darunter 38 Millionen Euro in das Tissue Engineering. 15 Millionen Euro flossen in industrielle Verbundprojekte mit dem Ziel, Produkte und Therapieverfahren auf dem Feld der Regenerationstechnologien voranzutreiben und Defizite bei ihrer Herstellung zu beseitigen.
Neue Bioreaktoren und bessere Fertigungstechnik ist gefragter denn je, denn es gibt keine wirtschaftlichen Standardverfahren für den Umgang mit Zellkulturen und ihrer Vermehrung im Labor. Tissue Engineering fertigt aus körpereigenen Zellen ein lebens- und funktionsfähiges Implantat, das zerstörtes Gewebe oder Knochenteile ersetzt und im Körper mitwächst. Trägermaterial und Zellen benötigen dabei optimale In-vitro-Bedingungen, um zu verwendbarer Haut, Gelenkknorpel oder Knochenersatz heranzuwachsen. Meist sind es Forschungsinstitute oder Großkliniken, die in ihren Labors erste Produktionskapazitäten aufgebaut haben. Im Biopolis-Labor des Stuttgarter Fraunhofer-Instituts IPA beispielsweise steht auch eine Gewebefabrik, die vollautomatisch dreidimensionales Hautgewebe konstruiert und züchtet. Das Institut will in diesem Jahr die Produktion soweit hochfahren, dass monatlich rund 5000 Hautkonstrukte zu einem Preis von rund 34 Euro pro Stück gefertigt werden können.

Herzklappen aus Nabelschnurzellen

Schwieriger ist es, Gewebe mit Blutgefässen zu züchten oder lebensfähige Organe. Am Deutschen Herzzentrum in Berlin haben Wissenschaftler eine Methode entwickelt, um in einem Bioreaktor aus Nabelschnurzellen von Neugeborenen Zellverbände für biologische Herzklappen zu gewinnen. Durch das Drehen der Besiedelungseinheit in verschiedene Richtungen ist es möglich, die Zellen gleichmäßig auf ein Trägermaterial aufzubringen und das Wachstum positiv zu beeinflussen. Dabei kommt es darauf an, dass so genannte Matrixproteine entstehen, die sich fortpflanzen und zum Ausgangsprodukt für wachstumsfähige Herzklappen werden.
Herstellungslizenzen für die Produktion von Reperaturzellen für erkrankte Körperteile gibt es im EU-Raum erst wenige. Die in Michigan ansässige US-Company Aastrom Biosciences erhielt für ihr Knochenregenerationsprogramm über eine hundertprozentige Tochtergesellschaft in Berlin eine Lizenz für die unternehmenseigenen Tissue Repair Cells (TRCs). Die Produktionsanlage wurde in Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB in Stuttgart realisiert. Das Fraunhofer IGB verfügt über Labore zur Herstellung von autologen Transplantaten, die den Richtlinien des Good Manufacturing Practice (GMP) entsprechen. Ein Pluspunkt, der eng mit dem Erfolg von biologischen Produktionsstätten verknüpft ist: „Ohne Prozess-Validierung und -Monitoring mit qualifizierten Geräten unter Einhaltung europäischer Richtlinien gibt es keine Garantie für die Qualität und Sicherheit der Produkte“, sagt Professor Heike Walles, Abteillungsleiterin für Zellsysteme am Fraunhofer-Institut IGB. Das Suttgarter Institut hat bereits die Herstellungserlaubnis für ein autologes Knorpel- sowie für ein autologes Stammzelltransplantat.

Hohe Kontaminationsgefahr bei Zellproduktion

In Teltow residiert die Aktiengesellschaft Co.don die ihr Pharmaziegeschäft mit zellbasierten Medikamenten um Tissue Engineering-Produkte für Gelenkknorpelimplantate und Bandscheiben erweiterte. Vor allem investierte die Company in eine selbstentwickelte Isolatorentechnologie, die das Kontaminationsrisiko von zellbasierten Implantaten im Reinraum entschärft. Da körpereigene Zelltransplantate wärmeempfindlich sind, lassen sich keine Sterilisationsverfahren zur Abwehr von Verunreinigungs-  und Kontaminationsgefahren einsetzen. Co.don verlegt deshalb die komplette Ausrüstung  für die Transplantatherstellung und Qualitätskontrolle in einen eigenen Isolator innerhalb des Reinraums.
Zusammen mit Partnerunternehmen will der Laborausrüster Köttermann in Niedersachsen ein Musterlabor zur Herstellung von bioartifiziellem Gewebe entwickeln, dass sich für die wirtschaftliche Produktion von Herzklappen oder Knochengewebe eignet. Das Biotechnik-Labor ist speziell auf die Aufgaben des Tissue Engineering zugeschnitten und setzt auf neu angepasste Bioreaktoren sowie eine GMP-zertifizierte Produktion von Geweben.

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