Lösliche Mikroträger: Sie eröffnen die Zukunft der regenerativen Medizin durch eine verbesserte Effizienz der Zellkultur.

Die regenerative Medizin, deren Forschung in den letzten Jahren durch die Entwicklung pluripotenter Stammzellen wie embryonaler Stammzellen (ES-Zellen) und induzierter pluripotenter Stammzellen (iPS-Zellen) einen rasanten Aufschwung erlebt hat, birgt das Potenzial, die Grundlage für bahnbrechende Therapien zu bilden, die verlorene Organe und Körperfunktionen regenerieren und reparieren. Diese Zellen besitzen die Fähigkeit, sich in verschiedene Zelltypen zu differenzieren und verfügen über dieselben Eigenschaften wie differenzierte Zellen. Daher schreitet die Forschung an Technologien voran, die pluripotente Stammzellen zur Behandlung einer Vielzahl von Erkrankungen des Herzens, der Nerven, des Knorpels, der Augen, des Blutes und des Immunsystems nutzen.

Die regenerative Medizin begann mit Zellschichten zur Behandlung schwerer Verbrennungen, die 2007 zugelassen wurden. Mittlerweile sind über zehn Produkte zugelassen. Da die Zellkultur jedoch zeit- und arbeitsaufwändig ist, sind die Kosten höher als bei herkömmlichen Arzneimitteln. Selbst im kostenintensiven Gesundheitssystem ist sie nicht ohne Weiteres anwendbar, und es besteht Bedarf an effizienteren Methoden zur Kultivierung von Zellen in großen Mengen.

Um diese Herausforderungen zu bewältigen, haben DNP und die HDD Corporation gemeinsam einen „löslichen Mikroträger“ entwickelt, der die Massenkultivierung ermöglicht und dadurch die Arbeitseffizienz steigert und die Kosten senkt.

Aufbauend auf seiner Expertise im Bereich Druck und Information (P&I (Druck und Information)) konzentriert sich DNP auf die Entwicklung neuer Geschäftsfelder Medizintechnik und Healthcare. Das Unternehmen kann zahlreiche innovative Errungenschaften vorweisen, darunter ein Medikamenten-Support-Service zur Online-Überwachung der Medikamenteneinnahme von Patienten, ein „Mini-Darm“ (ein dreidimensionales Organ) mit potenziellen Anwendungen in der Wirkstoffforschung sowie ein KI-gestütztes Bildinterpretationssystem für das Brustkrebs-Screening. Im Bereich der regenerativen Medizin ist DNP seit der Gründung des Branchenverbands „Regenerative Medicine Innovation Forum“ im Jahr 2011 aktiv und hat Partnerschaften mit der Wissenschaft aufgebaut. So wurden beispielsweise sechs Jahre lang gemeinsame Lehrstühle an der Universität Osaka und über zehn Jahre lang an der Medizinischen und Zahnmedizinischen Universität Tokio eingerichtet.

Vor diesem Hintergrund wurde 2020 eine Kooperation realisiert, die DNPs Expertise in der Oberflächenbehandlungstechnologie für Mikropartikel und der Materialauswahl mit HDDs Wissen über Zellkulturtechnologie für Medizinprodukte und die Einhaltung pharmazeutischer Vorschriften verband. Durch die Zusammenarbeit beider Unternehmen, die jede Phase – von der Materialauswahl über Kundeninterviews und die Bereitstellung von Mustern bis hin zur Entwicklung des Herstellungsprozesses – voranbrachten, wurde der „lösliche Mikroträger“ im März 2023 auf den Markt gebracht.

Zellkulturmethoden werden im Allgemeinen in Suspensionskultur und Adhäsionskultur unterteilt. Erstere dient der Kultivierung von Zellen, die in der Suspension schwimmen und sich vermehren, wie beispielsweise Blutzellen, während letztere für die Kultivierung von Zellen verwendet wird, die anhaften und sich vermehren, wie beispielsweise Muskel-, Haut- und Knorpelzellen. Eine Technik, die die Effizienz der Adhäsionskultur verbessern soll, ist die Anhaftung von Zellen an winzige Partikel, sogenannte Mikroträger.

Unterschiede zwischen Adhäsionskultur und Suspensionskultur

Die Adhärenzkultur erfolgt üblicherweise durch Anhaften von Zellen an einem Gefäß wie einer Petrischale (zweidimensionale Kultur). Um beispielsweise 100 Millionen Zellen zu kultivieren, werden Hunderte bis Tausende solcher Gefäße benötigt, deren Kulturmedium regelmäßig gewechselt werden muss. Zusätzlich sind 10 bis 20 Inkubatoren, jeweils etwa so groß wie ein kleiner Kühlschrank, zur Lagerung erforderlich. Durch den Einsatz von Mikroträgern können Zellen dreidimensional im Kulturmedium kultiviert werden. Dadurch lässt sich dieselbe Zellzahl in einem Gefäß von der Größe einer 500-ml-Plastikflasche kultivieren. Dies reduziert den Platzbedarf erheblich und verbessert die Effizienz von Arbeitsschritten wie dem Wechsel des Kulturmediums deutlich.

Platzbedarf für die Kultivierung von 100 Millionen Zellen (Bild)

Herkömmliche Kultivierungsmethoden mit Kunststoff-Mikroträgern können jedoch die durch Kollisionen zwischen den Mikroträgern entstehenden winzigen Fragmente nicht entfernen. Daher beschränkt sich ihre Anwendung auf die Herstellung von Antikörpermedikamenten und Impfstoffen und findet keine Anwendung in der regenerativen Medizin, bei der Zellen in den menschlichen Körper eingebracht werden.

Im Gegensatz dazu ermöglicht der von DNP und der HDD Corporation gemeinsam entwickelte „lösliche Mikroträger“ die einfache Gewinnung der Zellen durch Auflösung der Mikroträger mit in der regenerativen Medizin üblichen Zellablösungsmitteln, sodass keine Zellfragmente zurückbleiben. Darüber hinaus weisen sowohl die Rohstoffe als auch das Zellablösungsmittel eine geringe Toxizität und eine hohe Biokompatibilität auf.

Zellkulturprozess unter Verwendung löslicher Mikroträger

Die Mikroträger von DNP wurden bereits von der Pharmaceuticals and Medical Devices Agency (PMDA), einer unabhängigen Verwaltungsbehörde, die die Qualität, Wirksamkeit und Sicherheit von Arzneimitteln und anderen Medizinprodukten überprüft, als geeignete Materialien für die Herstellung von Produkten der regenerativen Medizin bestätigt, und es werden Anstrengungen unternommen, sie zu vermarkten.

Mit der Entwicklung „löslicher Mikroträger“ ist zu erwarten, dass die Kostensenkung und der Nachweis der Sicherheit zellbasierter Therapien zu einer Gesellschaft führen werden, in der regenerative Medizin in lokalen medizinischen Einrichtungen verfügbar ist. Wenn beispielsweise regenerative Medizin, die bisher nur in wenigen spezialisierten Kliniken angeboten wurde, in regionalen Krankenhäusern zu erschwinglichen, von den Krankenkassen gedeckten Kosten verfügbar wird, könnte dies die Behandlung von Krankheiten ermöglichen, die zuvor nicht behandelbar waren.

Um eine solche Zukunft zu verwirklichen, müssen folgende Aufgaben bewältigt werden: die Effizienz der Zellkultur weiter zu verbessern, was zu Kostensenkungen führen wird; die Sicherheit zu gewährleisten, um das Risiko des Zellabbaus zu verringern; und Lager- und Vertriebssysteme einzurichten, die zellbasierte Arzneimittel zum richtigen Zeitpunkt an den richtigen Ort liefern.

Um diese zahlreichen Herausforderungen nacheinander zu bewältigen, ist eine branchenweite Zusammenarbeit, die die Grenzen einzelner Unternehmen, Organisationen und Forschungseinrichtungen überschreitet, unerlässlich. Aufbauend auf den Stärken der Partnerschaften, die DNP mit Unternehmen wie der HDD Corporation und der akademischen Forschung aufgebaut hat, werden wir unsere Aktivitäten weiter ausbauen, um das Spektrum der regenerativen Medizin zu erweitern. Dazu gehört die Bereitstellung löslicher Mikroträger für Pharmahersteller sowie die Durchführung von Entwicklungsaufträgen.

• Die bereitgestellten Informationen sind zum Zeitpunkt der Aktualisierung aktuell. Bitte beachten Sie dies.