Biofabrikation für Wirkstofftestung

Unser Forschungsbereich hat sich das Ziel gesetzt, innovative Zellkulturtechnologien für die Herstellung relevanter Zellkulturmodelle für die Wirkstofftestung und die Entwicklung neuer zellbasierter Therapien zu entwickeln. Dazu sollen die Zellen zu jedem Zeitpunkt der Kultur in einer möglichst natürlichen, körperähnlichen Umgebung kultiviert werden – von der Isolation (1) über die Vermehrung bis zu der Produktion von Stammzellen und Stammzellprodukten (2), der finalen Differenzierung (3) oder der anschließenden Wirkstofftestung (4). Um physiologische Bedingungen während der Kultur zu gewährleisten, entwickeln und verwenden wir 3D-Zellkulturtechnologien und Bioreaktorsysteme, welche in einer hypoxischen (sauerstoffreduzierten) Umgebung betrieben werden. Unter solchen physiologischen Kulturbedingungen verhalten sich Zellen eher wie im menschlichen Körper – Forschungsergebnisse sind dadurch aussagekräftiger und klinisch relevant.

Um Vorläufer- und Stammzellen aus Spendergewebe zu gewinnen, werden üblicherweise artifizielle 2D-Kunststoffoberflächen (T-Flasche, Petrischale etc.) für die Kultur verwendet. Dies ist jedoch nicht physiologisch. Wir forschen an neuen Methoden, um Stammzellen aus einem natürlicherweise 3D-Gewebe direkt wieder in eine 3D-Umgebung zu isolieren – ganz ohne Kontakt zu üblicherweise genutzten 2D-Oberflächen. Dafür verwenden wir verschiedene Hydrogele und passen diese auf die jeweiligen Spendergewebe an. So konnte bereits ein System etabliert werden, mit dem die direkte Isolation von Stammzellen aus Fettgewebe in einem Hydrogel möglich ist.

Mesenchymale Stammzellen haben ein außerordentliches Potenzial für therapeutische Anwendungen im Bereich der Regenerativen Medizin. Diese heterogene Population von Zellen kann einerseits zur Regeneration von beschädigtem Gewebe beitragen, aber auch für die Regulation des Immunsystems genutzt werden. Dieses ist besonders in systemischen inflammatorischen Zuständen von Interesse. Auch extrazelluläre Vesikel (EVs), welche von Stammzellen sekretiert werden, haben therapeutische Effekte, wie die Stammzellen selbst und sind daher von großem Interesse.

Auch für die Produktion von Stammzellen und deren Produkte hat sich bestätigt, dass physiologische Zellkulturbedingungen das therapeutische Potenzial verbessern können. Daher entwickeln wir auch für diese Bereiche Methoden, um Stammzellen und Stammzell-EVs in 3D und unter definierten physiologischen Bedingungen in maßgeschneiderten Bioreaktoren herzustellen.