Therapeutisch nutzbare Zellkultivierung

Dabei werden als Ersatz oder Unterstützung funktionsgestörter Zellverbände oder Organe Zellen eingesetzt, die außerhalb des Körpers präpariert wurden. Die dazu benötigten Stammzellen können aber in herkömmlichen Kultivierungssystemen nur sehr aufwändig in ausreichender Menge hergestellt werden.

Um dieses Problem zu lösen, hat ein Team des Instituts für Biopharmazeutische Technologie (IBPT) der Fachhochschule Gießen-Friedberg unter der Leitung von Prof. Dr. Peter Czermak mit der Cellmed AG in Alzenau kooperiert.

Das erfolgreich abgeschlossene Projekt wurde vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie im Rahmen des Programms „Pro Inno II“ mit 120.000 Euro für das IBPT und 100.000 Euro für den Projektpartner gefördert. Sein Ziel war, einen Prozess zur Produktion von stammzellbasierten Implantaten für die Zelltherapie zu entwickeln.

Die Forschungsgruppe des IBPT, der auch Studierende und Diplomanden des Studiengangs Biotechnologie/Biopharmazeutische Technologie angehörten, arbeitete dabei mit Festbettreaktoren. Diese bieten den Zellen eine geeignete Wachstumsoberfläche an der sie anhaften können. Die Vorteile bei dem Einsatz von Festbettreaktoren liegen in der guten Automatisierbarkeit der Kultivierung und der Zellernte sowie der schonenden Kulturbedingungen. Über Pumpen- und Ventilschaltungen werden dem Festbett Nährstofflösungen, Puffer zum Waschen der Zellen und Enzymlösungen für die Zellernte zugeführt. Die enzymatisch abgelösten Zellen lassen sich einfach aus dem System herausspülen und somit von den Trägern separieren, wodurch auf weitere Einbauten und Prozessschritte verzichtet werden kann.

Die Gießener Forscher testeten drei unterschiedliche Wachstumsflächen für die Zellen. Dabei stellte sich heraus, dass Kalknatronglas zur Kultivierung kaum geeignet ist. Bei den eingesetzten Alternativen Bionoc II und Borsilikat war dagegen ein bemerkenswertes Zellwachstum pro Tag zu beobachten. Die höhere Ausbeute führte zu der Entscheidung, alle weiteren Untersuchungen im Reaktor mit Borsilikat-Glaskugeln von zwei Millimetern Durchmesser auszuführen. Auf der Grundlage von Erkenntnissen, die zuvor im Labormaßstab gewonnen wurden, konnte das Team ein Verfahren für Anwendungen in größeren Reaktorsystemen beschreiben und experimentell überprüfen. Die Untersuchungen belegen, dass sich Stammzellen in Festbettreaktor-Systemen erfolgreich im Produktionsmaßstab kultivieren lassen.

Mit Blick auf die technische Umsetzbarkeit, so ein weiteres Resultat, empfiehlt es sich, wenige, nicht zu schlanke Reaktorformate parallel zu schalten und deren Zelldichte zu reduzieren. Wesentliche Ergebnisse des Projektes sind inzwischen in die Dissertation des Diplom-Ingenieurs und Biologen Christian Weber eingeflossen, der als Wissenschaftlicher Mitarbeiter am IBPT tätig ist.