Neue Mikrobioreaktoren für die Zellkultivierung

Das Umsetzen der Ergebnisse der Stammzellforschung für klinische relevante Therapien scheitert häufig an geeigneten Techniken für die Zellkultivierung. Die im Rahmen eines EU-Projektes am Institut für Bioprozess- und Analysenmesstechnik in Heilbad Heiligenstadt (iba) neu entwickelten Mikrobioreaktoren helfen, diesen Mangel zu überwinden.

In den letzten Jahren sind bedeutende Fortschritte auf dem Gebiet der Stammzellforschung erzielt worden. Trotzdem sind bei Weitem nicht alle Probleme gelöst. Insbesondere fehlt es an geeigneten Techniken, Stammzellen in genügender Menge und reproduzierbar zu expandieren und zu differenzieren. Ein neues, im Rahmen des EU-Projektes "HYPERLAB" entwickeltes Mikroreaktorsystem umgeht die Nachteile konventioneller Kultivierungssysteme, indem nachteilige Einflüsse des Kultivierungssystems, wie z.B. ungewünschte Adhäsionen von Zellen an den Wänden der Kultivierungssysteme, eliminiert werden.

Möglich wurde dieser Fortschritt durch das Anwenden der "Segmented Flow-Technik", einem Prinzip, dass sich in den letzten Jahren für eine Reihe von Applikationen etabliert hat. Jedes dieser bis zu 20µL großen "Segmente" funktioniert als ein einzelner Mikrobioreaktor und beinhaltet eine definierte Menge von Stammzellen. Die Mikrobioreaktoren befinden sich in einem Schlauchsystem, wobei die Segmente durch ein nicht mischbares Fluid getrennt sind. Aufgrund der Bedingungen im Mikrobioreaktor können die im Allgemeinen adhärent kultivierten Zellen sogenannte "Embryoid Bodies" ausbilden, die für verschiedenste Untersuchungen, z.B. für Cytotoxizitätstests, eingesetzt werden. Aber auch das Kultivieren der Zellen auf speziellen Trägermaterialien ist möglich. Das Manipulieren der Mikrobioreaktoren erfolgt ebenso wie die optische Detektion der Zellen mittels mikrofluidischer Module. Das Versorgen der Zellen z.B. mit Sauerstoff erfolgt über die Schlauchwand und das zwischen den Mikrobioreaktoren befindliche Trennfluid.

Bisherige Untersuchungen haben gezeigt, dass im Vergleich zu kommerziellen Techniken vergleichbare Ergebnisse erzielt werden können. Jedoch ist das neu entwickelte System automatisierbar, robust und steriltechnisch sicher. Der bereits jetzt schon große Umfang unterschiedlicher Kultivierungsprotokolle kann von den Nutzern dieses neuen Kultivierungssystems anwendungsspezifisch erweitert werden.

Im Projektkonsortium haben neben dem iba Forschungseinrichtungen und Unternehmen aus Deutschland (FhG IBMT, St. Ingbert, Klinikum der Universität zu Köln), Österreich (Medical University Vienna), Portugal (Instituto de Biologia Exp. e Tecnologica), Belgien (Cryo-Save Group), Schweden Cellartis AB) Chile (Universidad Catolica del Norte) und Frankreich (ARTTIC SAS) mitgearbeitet.

Quelle: idw / Institut für Bioprozess- und Analysenmesstechnik