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Adulte Stammzellen in der Biotechnologie und für die zukünftige Regenerative Medizin

08.11.2006
Fraunhofer IBMT - komplette Lösungen aus einer Hand

Auf der MEDICA 2006 stellen Forscher des Fraunhofer-Instituts für Biomedizinische Technik IBMT ein integriertes Konzept zur Isolierung von adulten Stammzellen, der In-vitro-Vermehrung und Differenzierung sowie der Charakterisierung mittels Ultraschall und der Konservierung dieser Zellen vor.

Adulte Stammzellen, das erwies sich in den letzten Jahren immer mehr, verfügen neben embryonalen Zellen ebenfalls über das Potenzial, bei entsprechender Stimulierung fast jedweden Zelltypus in vitro zu bilden. Das Fraunhofer IBMT hat das enorme Potenzial dieser Entwicklung für die regenerative Medizin von Anfang an erkannt und eine international beachtete Expertise in der Gewinnung, Charakterisierung und schonenden Handhabung bis zur kontrollierten Kryokonservierung erworben.

Der menschliche Körper besteht aus ca. 220 verschiedenen Zelltypen. Jeder dieser Zelltypen übernimmt bestimmte Auf-gaben im Organismus, deren Erfüllung spezielle biochemische und mechanische Funktionalitäten der Zellen erfordert. Diese Funktionalitäten entstehen durch Differenzierung der Zellen aus Vorläufer- und Stammzellen. Der Prozess der Zelldifferenzierung findet kontinuierlich im Körper statt, um den natürlichen Zellverlust durch Alterung auszugleichen. Überdies kann der Prozess durch Organverletzungen verstärkt werden. Bei Erkrankungen oder stärkeren Verletzungen kann die Regenerationsfähigkeit des Körpers u. U. nicht ausreichend sein.

Hier setzt die Zelltherapie der regenerativen Medizin an. Eine Möglichkeit besteht darin, Vorläuferzellen außerhalb des Körpers zu vervielfältigen und dann in einer Zelltherapie einzusetzen, so dass die Regenerationsfähigkeit des erkrankten Gewebes erhöht wird. Ein anderer Ansatz zielt darauf ab, Stammzellen auch außerhalb des Körpers zu bestimmten Zelltypen zu differenzieren, um mit den - de novo - generierten Zellen das erkrankte Gewebe zu ersetzen.

Voraussetzung dafür sind standardisierte Prozesse, zur Isolierung, Kultivierung, Charakterisierung und Konservierung dieser Zellen.

Hierzu wurden am Fraunhofer IBMT Protokolle ausgearbeitet, die eine definierte Gewinnung von adulten Stammzellen aus exokrinem Drüsengewebe (Speicheldrüse, Pankreas, Schweißdrüse) ermöglichen. Über verschiedene Stufen der chemischen und mechanischen Zellvereinzelung können die Stammzellen selektiv in Kultur genommen und in vitro vermehrt werden. Die gewonnenen Stammzellen lassen sich durch zellspezifische Marker identifizieren und, falls erwünscht, kloniert oder nach Subpopulationen auftrennen.

Adulte Stammzellen haben die Eigenschaft, in vitro fortwährend spontan zu differenzieren. Um diesen Prozess verfolgen zu können, benötigt man eine Methode, mit der es möglich ist, verschiedene Zelltypen voneinander zu unterscheiden, ohne die Vitalität der Zellen zu beeinträchtigen. Ein Zugang zu dieser anspruchsvollen Aufgabe bietet die Charakterisierung des Zytoskeletts. Wichtige Eigenschaften von Zellen werden durch den Aufbau des Zytoskeletts bestimmt. Die Untersuchung der Funktionalisierung des Zytoskeletts einer Zelle erfordert die Charakterisierung ihrer mechanischen Eigenschaften am lebenden Objekt über Zeiträume von mehreren Tagen.

Hierzu bietet die akustische Mikroskopie ein hohes Potenzial.

Akustische Mikroskopie benutzt fokussierte höchstfrequente Schallwellen im GHz-Bereich zur Abbildung von Zellen und bildet somit die lokalen mechanischen Eigenschaften der Zelle ab. Der eingesetzte Schall hat im Vergleich zu sichtbarem Licht und UV eine sehr niedrige Energie, so dass das Verfahren nicht-invasiv ist und damit die Untersuchung einzelner Zellen über größere Zeiträume hinweg erlaubt. Der Kontrast beruht auf lokalen Variationen der Druck- und Zugfestigkeiten in der Zelle. Deshalb werden weder Färbungen benötigt, die die Vitalität der Zellen oder die Funktionalität von Rezeptoren beeinflussen können, noch werden lichtsensible Zellprozesse manipuliert, da die Messungen in völliger Dunkelheit erfolgen können.

Eine optimale Nutzung von Zelltechnologien in der regenerativen Medizin ist ohne eine robuste, effiziente und hochsichere Konservierung nicht möglich. Das Fraunhofer IBMT hat mit seinem kompletten Kryotechnologieportfolio alle notwendigen Komponenten, um diesen Anforderungen gerecht zu werden.

Bestandteile dieser Technologie sind miniaturisierte Zellcontainer, die bei -150 °C die Teilentnahme von Probenmaterial ohne Auftauen der Restprobe erlauben und gekühlt auch in Teilen weltweit verschickt werden können. Hinzu kommen definierte Einfrier- und Auftauapparate (wie der auf der MEDICA ausgestellte "High Throughput Freezer") sowie Kryobank-Konzeptionen vom Labormaßstab bis zu großindustrieller Skalierung.

Die verschlüsselte doppelte Datenablage, die sowohl in einer zentralen Datenbank als auch fest gekoppelt an die tiefgefrorenen Lebendproben erfolgt, bildet ein weiteres Element der IBMT-Kryobanktechnologie.

Dieses Prinzip und seine technologische Lösung (zu sehen am MEDICA-Exponat "Tieftemperaturelektronik") liefern nahezu vollständige Verwechslungssicherheit, wie sie für eine therapeutische Nutzung der Zellablage unabdingbar ist.

Vervollständigt wird die Tieftemperaturtechnologie durch evolutive und adaptive Datenbank- und Kryobanksteuerarchitekturen, die optimale logistische Abläufe sicherstellen.

Derart übergreifende Komplettlösungen, wie sie am Fraunhofer IBMT entwickelt werden, sind essentielle technologische und technische Voraussetzungen für eine kontrollierte Kryokonservierung und den sicheren Betrieb von industriellen Kryobanken.

Auf der MEDICA 2006 stellen Forscher des Fraunhofer-Instituts für Biomedizinische Technik IBMT ein integriertes Konzept zur Isolierung von adulten Stammzellen, der In-vitro-Vermehrung und Differenzierung sowie der Charakterisierung mittels Ultraschall und der Konservierung dieser Zellen vor.

Besuchen Sie uns auf der MEDICA 2006 in Halle 10 Stand F 05.

Ihre Ansprechpartner:

Allgemein:
Dipl.-Betrw. Markus Michel
Telefon: 06897 / 9071 - 11
Fax: 06897 / 9071 - 49
Email: markus.michel@ibmt.fraunhofer.de
Adulte Stammzellen:
Priv.-Doz. Dr. Charli Kruse
Telefon: 0451 / 2903 - 210
Fax: 0451 / 2901 - 213
Email: charli.kruse@ibmt.fraunhofer.de
Ultraschall-Mikroskopie:
Dipl.-Phys. Eike Weiß
Telefon: 06894 / 980 - 303
Fax: 06894 / 980 - 400
Email: eike.weiss@ibmt.fraunhofer.de
Ultraschall:
Dr. Robert Lemor
Telefon: 06894 / 980 - 225
Fax: 06894 / 980 - 400
Email: robert.lemor@ibmt.fraunhofer.de
Kryotechnologie:
Dipl.-Ing. Frank Ihmig
Telefon: 06894 / 980 - 258
Fax: 06894 / 980 - 400
Email: frank.ihmig@ibmt.fraunhofer.de
Dipl.-Phys. Uwe Schön
Telefon: 06897 / 9071 - 30
Fax: 06897 / 9071 - 99
Email: uwe.schoen@ibmt.fraunhofer.de

Annette Maurer | idw
Weitere Informationen:
http://www.ibmt.fraunhofer.de

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