Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Natürliche Umgebung für künstliches Gewebe

03.11.2006
Jan Hansmann entwickelte in seiner Diplomarbeit am Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB einen Bioreaktor, in dem In-vitro-Gewebe mit eigenem Blutgefäßsystem optimal kultiviert werden kann.

Das rechnergestützte Zellkulturgefäß simuliert die natürliche Umgebung des Körpers, vom arteriellen Druck bis zur Temperatur. Auf der Fraunhofer-Jahrestagung am 18. Oktober 2006 in Bremen wurde Hansmann hierfür mit dem 1. Hugo-Geiger-Preis für die Life Sciences ausgezeichnet.

Wenn Gewebe verletzt werden oder Organe erkranken, ist die Transplantation oft der einzige Weg zu einer Heilung. Doch werden weit mehr Spenderorgane benötigt als zur Verfügung stehen und Wartezeiten sind oftmals lang. Zudem akzeptiert der Körper fremdes Gewebe nicht so einfach. Der Empfänger muss lebenslang Medikamente nehmen um eine Abstoßung des transplantierten Gewebes zu verhindern.

Einen Ausweg versprechen autologe Transplantate, die aus den Zellen des Patienten selbst im Labor (in vitro) hergestellt werden. Mit Hilfe des Tissue Engineering wurden in der regenerativen Medizin in den letzten Jahren bereits große Erfolge erzielt. Autologe Haut- und Knorpeltransplantate sind auf dem Markt, Herzklappen werden klinisch erprobt. Am Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB in Stuttgart gelang dem Diplom-Ingenieur (Technische Kybernetik) Jan Hansmann aus der Arbeitsgruppe Zellsysteme nun mit seiner Diplomarbeit "Entwicklung eines Bioreaktors für den Einsatz im vaskularisierten Tissue Engineering" ein großer Schritt auf dem Weg zu komplexeren künstlichen Geweben. Dafür wurde er mit dem 1. Preis des von der bayerischen Staatsregierung für die Fraunhofer-Gesellschaft gestifteten Hugo-Geiger-Preises für die Life Sciences ausgezeichnet.

Der rechnergestützte Bioreaktor ist ein Kulturgefäß, das Hansmann speziell für eine am Fraunhofer IGB vorhandene vaskularisierte - von Blutgefäßen durchzogene - Biomatrix entwickelte. Für den Aufbau dreidimensionaler, organähnlicher Gewebe werden nicht nur lebens- und vermehrungsfähige Zellen benötigt, sondern auch eine Trägerstruktur (Matrix), auf der die Zellen wachsen und gewebetypische Merkmale ausbilden. "Die vaskularisierte Biomatrix ist ein Stück Schweinedünndarm, von dem alle tierischen Zellen entfernt wurden. Sie besitzt eine Arterie für die Zufuhr von Nährstoffen und eine Vene für die Ableitung von Stoffwechselprodukten", erklärt Professor Heike Mertsching, Abteilungsleiterin Zellsysteme am IGB. Wenn die verbleibenden Blutgefäße und Kapillaren - wie im Körper - mit patienteneigenen Endothelzellen ausgekleidet sind, können organspezifische Zellen auf der Trägerstruktur angesiedelt und zusammen mit den Endothelzellen - in Kokultur - wachsen und gewebespezifische Funktionen übernehmen.

Im Bioreaktor ist das Gewebestück analog zur natürlichen Situation an einen simulierten "Blutkreislauf" angeschlossen. Über separate Anschlüsse für die Arterie und die Vene der Matrix wird frische Nährlösung zu- und verbrauchte abgeführt. Ein angeschlossener Rechner regelt die arterielle Nährstoffzufuhr über Parameter wie arteriellen Druck, Temperatur und Strömungsgeschwindigkeit. "So werden physiologische Bedingungen geschaffen, wie sie in der natürlichen Umgebung des Gewebes im Körper herrschen", sagt Hansmann. Wie im Körper das Herz stoßweise Blut durch die Gefäße pumpt, so erzeugt im Bioreaktor eine Pumpe den Druck ebenso pulsatil. "Dies ist von großem Vorteil, da die Endothelzellen nur so vital bleiben und ihre typischen Eigenschaften nicht verlieren. Zudem kann untersucht werden, wie sich Pulsfrequenz, Blutdruckamplituden oder Blutdruckmittelwerte auf die Zellen eines Gewebes auswirken", hebt Hansmann hervor.

Mit dem Bioreaktor ist es den Wissenschaftlern der Arbeitsgruppe gelungen, aus Leberzellen und Endothelzellen ein künstliches Lebergewebe mit seiner gewebespezifischen Morphologie und Funktion zu erzeugen, mit dem beispielsweise Medikamente auf Toxizität und Nebenwirkungen der Abbauprodukte getestet werden können. Denn obwohl die Leber eines der regenerativsten Organe ist, war es bisher problematisch, die Vitalität und Funktionalität von Leberzellen unter Langzeitkulturbedingungen in vitro zu erhalten. Endothelzellen in der Leber spielen eine wichtige Rolle als Filtrationsbarriere und sind in die molekulare Steuerung wesentlicher Stoffwechselprozesse miteinbezogen. "Für den Aufbau eines künstlichen Lebergewebes ist daher die Kokultur mit Endothelzellen essenziell", erläutert Mertsching.

Dr. Claudia Vorbeck | Fraunhofer-Gesellschaft
Weitere Informationen:
http://www.igb.fraunhofer.de/
http://www.igb.fhg.de/WWW/Presse/Jahr/2006/dt/PI_HGP06_hansmann.html

Weitere Berichte zu: Arterie Bioreaktor Endothelzelle Gewebe Zellsysteme

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Ein Holodeck für Fliegen, Fische und Mäuse
21.08.2017 | Albert-Ludwigs-Universität Freiburg im Breisgau

nachricht Wie Pflanzen ihr Gedächtnis vererben
21.08.2017 | Gregor Mendel Institut für Molekulare Pflanzenbiologie (GMI)

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Topologische Quantenzustände einfach aufspüren

Durch gezieltes Aufheizen von Quantenmaterie können exotische Materiezustände aufgespürt werden. Zu diesem überraschenden Ergebnis kommen Theoretische Physiker um Nathan Goldman (Brüssel) und Peter Zoller (Innsbruck) in einer aktuellen Arbeit im Fachmagazin Science Advances. Sie liefern damit ein universell einsetzbares Werkzeug für die Suche nach topologischen Quantenzuständen.

In der Physik existieren gewisse Größen nur als ganzzahlige Vielfache elementarer und unteilbarer Bestandteile. Wie das antike Konzept des Atoms bezeugt, ist...

Im Focus: Unterwasserroboter soll nach einem Jahr in der arktischen Tiefsee auftauchen

Am Dienstag, den 22. August wird das Forschungsschiff Polarstern im norwegischen Tromsø zu einer besonderen Expedition in die Arktis starten: Der autonome Unterwasserroboter TRAMPER soll nach einem Jahr Einsatzzeit am arktischen Tiefseeboden auftauchen. Dieses Gerät und weitere robotische Systeme, die Tiefsee- und Weltraumforscher im Rahmen der Helmholtz-Allianz ROBEX gemeinsam entwickelt haben, werden nun knapp drei Wochen lang unter Realbedingungen getestet. ROBEX hat das Ziel, neue Technologien für die Erkundung schwer erreichbarer Gebiete mit extremen Umweltbedingungen zu entwickeln.

„Auftauchen wird der TRAMPER“, sagt Dr. Frank Wenzhöfer vom Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) selbstbewusst. Der...

Im Focus: Mit Barcodes der Zellentwicklung auf der Spur

Darüber, wie sich Blutzellen entwickeln, existieren verschiedene Auffassungen – sie basieren jedoch fast ausschließlich auf Experimenten, die lediglich Momentaufnahmen widerspiegeln. Wissenschaftler des Deutschen Krebsforschungszentrums stellen nun im Fachjournal Nature eine neue Technik vor, mit der sich das Geschehen dynamisch erfassen lässt: Mithilfe eines „Zufallsgenerators“ versehen sie Blutstammzellen mit genetischen Barcodes und können so verfolgen, welche Zelltypen aus der Stammzelle hervorgehen. Diese Technik erlaubt künftig völlig neue Einblicke in die Entwicklung unterschiedlicher Gewebe sowie in die Krebsentstehung.

Wie entsteht die Vielzahl verschiedener Zelltypen im Blut? Diese Frage beschäftigt Wissenschaftler schon lange. Nach der klassischen Vorstellung fächern sich...

Im Focus: Fizzy soda water could be key to clean manufacture of flat wonder material: Graphene

Whether you call it effervescent, fizzy, or sparkling, carbonated water is making a comeback as a beverage. Aside from quenching thirst, researchers at the University of Illinois at Urbana-Champaign have discovered a new use for these "bubbly" concoctions that will have major impact on the manufacturer of the world's thinnest, flattest, and one most useful materials -- graphene.

As graphene's popularity grows as an advanced "wonder" material, the speed and quality at which it can be manufactured will be paramount. With that in mind,...

Im Focus: Forscher entwickeln maisförmigen Arzneimittel-Transporter zum Inhalieren

Er sieht aus wie ein Maiskolben, ist winzig wie ein Bakterium und kann einen Wirkstoff direkt in die Lungenzellen liefern: Das zylinderförmige Vehikel für Arzneistoffe, das Pharmazeuten der Universität des Saarlandes entwickelt haben, kann inhaliert werden. Professor Marc Schneider und sein Team machen sich dabei die körpereigene Abwehr zunutze: Makrophagen, die Fresszellen des Immunsystems, fressen den gesundheitlich unbedenklichen „Nano-Mais“ und setzen dabei den in ihm enthaltenen Wirkstoff frei. Bei ihrer Forschung arbeiteten die Pharmazeuten mit Forschern der Medizinischen Fakultät der Saar-Uni, des Leibniz-Instituts für Neue Materialien und der Universität Marburg zusammen Ihre Forschungsergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler in der Fachzeitschrift Advanced Healthcare Materials. DOI: 10.1002/adhm.201700478

Ein Medikament wirkt nur, wenn es dort ankommt, wo es wirken soll. Wird ein Mittel inhaliert, muss der Wirkstoff in der Lunge zuerst die Hindernisse...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

International führende Informatiker in Paderborn

21.08.2017 | Veranstaltungen

Wissenschaftliche Grundlagen für eine erfolgreiche Klimapolitik

21.08.2017 | Veranstaltungen

DGI-Forum in Wittenberg: Fake News und Stimmungsmache im Netz

21.08.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Im Neptun regnet es Diamanten: Forscherteam enthüllt Innenleben kosmischer Eisgiganten

21.08.2017 | Physik Astronomie

Ein Holodeck für Fliegen, Fische und Mäuse

21.08.2017 | Biowissenschaften Chemie

Institut für Lufttransportsysteme der TUHH nimmt neuen Cockpitsimulator in Betrieb

21.08.2017 | Verkehr Logistik