Bioreaktor für menschliche Stammzellkultur
SC-Technologien sind für künftige Therapien von enormer Bedeutung und haben in klinischen Studien bereits Wirksamkeit gezeigt. Um lebensbedrohliche Krankheiten mittels Zelltherapie zu behandeln, werden dringend neue Methoden für eine höhere Produktionskapazität von SC unter kontrollierten Bedingungen benötigt. Das EU-finanzierte Projekt HESUB (High efficient, single-use-bioreactor simulating mammalian tissue conditions for expression and proliferation) entwickelte Einwegbioreaktoren für die SC-Produktion. An dem dreijährigen Projekt waren fünf Industriepartner aus vier europäischen Ländern beteiligt. HESUB entwickelte zwei SUB-Versionen (perfused single-use-bioreactor) für die Gewinnung von menschlichen Stammzellkulturen. Die Reaktoren bestehen aus einem ENF-Scaffolds (electrospun nanofiber) auf Basis biokompatibler und biologisch abbaubarer Polymerfasern. Einmalsensoren messen dabei pH-Wert, gelöste Sauerstoffkonzentration, Metaboliten, Glukose, Lactat und Ammoniak. Chemie und Architektur des ENF-Scaffolds wurden für die Kultivierung im Perfusionsbioreaktor optimiert. Dann wurde die Eignung fünf biologisch abbaubarer Polymere für die ENF geprüft. Die beiden Versionen der Bioreaktoren unterscheiden sich im Volumen. Die 5-mL-Edelstahl-Minib-Bioreaktoren sind Systeme mit hoher Reproduktion, die problemlos gleichzeitig verwendet werden können. Der 50-ml-Bioreaktor namens SUB-SC ist ein Einwegbioreaktor für die Zellproduktion in größerem Maßstab. In Experimente mit den Mini-Bioreaktoren wurde die Proliferation und Differenzierung von humanen myogenen Vorläufer-SC demonstriert. Zudem testete man die Differenzierung humaner embryonaler SC (hESC) zu neuronalen Zellen und Leberzellen. Mit der Proliferation pluripotenter hESC konnte die hervorragende Eignung des Bioreaktors verdeutlichen. Die in den Mini-Bioreaktoren entwickelten Prozesse wurden auf den SUB-SC-Bioreaktor für die Expansion myogener Vorstufen angewandt. Eine offene Plattform zur Überwachung und Steuerung des SUB-SC-Bioreaktors ermöglicht die Integration in beliebige Mess- und Steuerungssysteme. HESUB demonstrierte mit der erfolgreichen Produktion humanen myogener SC-Vorläufer die Machbarkeit (Proof-of-Concept) für SUB-SC in der Zelltherapie. Weiterhin lieferte HESUB mittels ENF und SC-Kulturen Lösungen zur Herstellung maßgeschneiderter Organoid-Transplantate. Die Entwicklung eines kommerziell erhältlichen SUB-SC dürfte damit zelltherapeutische Anwendungen enorm voranbringen.
Schlüsselbegriffe
Menschliche Stammzelle, Zelltherapie, HESUB, perfundierter Bioreaktor, Organoid-Transplantat