Suchen

Forschung

Automation der 3D-Zellkultivierung

| Autor/ Redakteur: Autorin | Elsbeth Heinzelmann / Peter Reinhardt

Lautlos gleitet der Druckkopf im Gehäuse über Mikrotiterplatten. Schicht um Schicht entstehen so Gerüste mit Zellen als Ausgangsbasis für organo-mimetische Hautmodelle. An der ZHAW am Zürichsee verknüpft Professorin Ursula Graf-Hausner Industrie, klinische Forschung und Forschungsinstitute im Netzwerk TEDD (Tissue Engineering and Drug Development) und lässt Hydrogele kontaktlos durch Tintenstrahldrucken entstehen.

Firmen zum Thema

3D-Life-Hydrogel von Cellendes: Geeignet für das Erforschen von Arzneimittelwirkungen in präklinischen zell-basierten Screenings.
3D-Life-Hydrogel von Cellendes: Geeignet für das Erforschen von Arzneimittelwirkungen in präklinischen zell-basierten Screenings.
( Bild: Cellendes )

Die Automatisierung der In-vitro-Zell- und Gewebekultivierung steht noch am Anfang. Aber sie ist der Schlüssel zu organähnlichen, humanen Gewebemodellen. Als halbsynthetisches Hydrogel unterstützt Bio-Ink das Wachstum verschiedener Typen von Zellen, liefert ihnen Andockstellen und ahmt die natürliche extrazelluläre Matrix nach. „Basismaterial sind Biopolymere, Zellen, Signalmoleküle, Hydrogele, Kollagen, Polycaprolactone und Polyester, wobei wir die Abscheidung von Zellen, Wachstumsfaktoren und Matrix präzise steuern“, erklärt Marc Thurner, Erfinder und CEO der Regen-HU Ltd.

Clevere Köpfe arbeiten im Netzwerk zusammen

Thurner ist Partner für Gewebetechnik und Medikamentenentwicklung im Netzwerk TEDD, das Graf-Hausner als umtriebige Professorin an der Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften (ZHAW) zusammen mit der In-Sphero AG im Juni 2011 initiiert hat. Ihr Forscherteam am Institut Chemie und Biologische Chemie ist maßgebend an der Entwicklung der 3D-Discovery und ihrer Bedienersoftware Bio-CAD beteiligt, die heute dank komplexer Gewebestrukturen mit in-vivo-artiger Morphologie im Dienst von Klinikern steht – beispielsweise am Kinderspital Zürich oder an der Universität Fribourg.

Bildergalerie

Bildergalerie mit 5 Bildern

Roboter fabrizieren biomimetische Hydrogele

Inzwischen hat Thurner die Vivos Dental Ltd. gegründet, um ab nächstem Jahr mit gedrucktem Knochenmaterial Implantate für die Zahnmedizin herzustellen. Mit dem pfiffigen 3D-Drucker rücken zahnmedizinische Brücken und Kronen genauso in Reichweite wie kieferchirurgische Komponenten. Aktiv im TEDD-Netzwerk ist auch der deutsche Partner Cellendes GmbH in Reutlingen. Wie Studien zeigen, ähneln Zellen, die in vitro 3D-kultiviert werden, erheblich mehr ihren In-vivo-Vorbildern als konventionell auf flachen Oberflächen von Zellkulturplatten in 2D gezogene Zellen. Sie eignen sich auch wesentlich besser für das Erforschen von Arzneimittelwirkungen in präklinischen zell-basierten Screenings. Das Cellendes-Team hat eine Technologie für das kontrollierte Design von Zellumgebungen zur 3D-Kultivierung entwickelt. Dieses Design besteht aus zwei Polymeren, die durch kovalente Vernetzung ein Hydrogel bilden. Die sehr rasche, chemische Reaktion ist nicht toxisch für die Zellen und verhindert das Absinken von Zellen durch eine schnelle Gelbildung. Gemeinsam mit den Schweizer Forschern an der ZHAW und Spezialisten der Tecan Group AG, einem international tätigen Schweizer Labortechnik-Hersteller, ist eine automatisierte Produktion von Hydrogel-basierten 3D-Zellkulturen entstanden. Mit einfacher Handhabung und dank umfassender Kontrolle der biomolekularen Veränderung lassen sich auf verschiedene Zelltypen anwendbare Hydrogele anfertigen. Das mit vier Arbeitstischkapazitäten ausgerüstete EVO-System von Tecan gewährleistet eine präzise und zuverlässige Handhabung von Flüssigkeiten mit einer bedienerfreundlichen Robotik. Jede Plattform kann mit verschiedenen Roboterarmen und Werkzeugen zur Handhabung von Flüssigkeiten kombiniert werden, während eine spezifische Software individuelle Bedürfnisse erfüllt. Die erzielte Qualität hält dem Vergleich mit der manuellen Fertigung der Gele durchaus stand, ist reproduzierbar und funktioniert zuverlässig. Die zell- und gewebekompatible Automatisierung ist Voraussetzung für die industrielle Anwendung, um Medikamente in der präklinischen Phase effizient und standardisiert zu screenen.

Lebende Ersatzkomponenten in vitro produzieren

Mittlerweile stößt das TEDD-Projekt auf reges Interesse, wie der Auftritt im Juni an der European Foundation for Clinical Nanomedicine (Clinam) und der European Technology Platform on Nanomedicine (ETPN) in Basel zeigt: Der Konferenzsaal platzte aus allen Nähten. „Vor allem wollen wir mit Endnutzern von 3D-Geweben in Kontakt treten, deren Anforderungen kennen“, kommentiert Graf-Hausner. In diesem Sinn arbeitet ihr Team auch eng mit Professor Simon Hoerstrup zusammen: „Tissue Engineering umfasst Blutgefäße, Herzklappen und Strategien zur myokardialen Regeneration“, so der Leiter Regenerative Medizin an der Universität Zürich. „Heute werden Patienten künstliche Devices implantiert, was Nachteile hat. Tissue Engineering ermöglicht die In-vitro-Produktion von autologen, lebenden und funktionellen Ersatzkomponenten, welche die Fähigkeit haben zu wachsen – eine kongeniale Anwendung als Alternative zu Implantaten state-of-the-art.“ Aktuell plant der Wissenschaftler eine Kooperation mit der ZHAW sowie mit weiteren Partnern aus dem TEDD-Netzwerk. Angepeiltes Ziel ist die automatisierte Herstellung von humanen 3D-Mikrogeweben zur Regeneration menschlicher Herzmuskel nach einem Infarkt. TEDD treibt diese Implementierung aktiv voran.

Kontakt:

Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften (ZHAW)

CH-8820 Wädenswil

www.icbc.zhaw.ch/tedd

Dieser Beitrag ist urheberrechtlich geschützt. Sie wollen ihn für Ihre Zwecke verwenden? Infos finden Sie unter www.mycontentfactory.de (ID: 42239725)

Bild: Cellendes; Bild: Tecan Trading; Bild: VBM-Archiv; Uta Wagner / IW; gemeinfrei; Devicemed; Dassault Systèmes; DPMA; Sensirion; Kraiburg TPE; Raumedic AG; Raumedic; Rico Elastomere Projecting; Fraunhofer IPT; Consense; ©auremar - stock.adobe.com; Chris Kettner; Transline; Die Storyfactory / Devicemed; BV-Med; Spectaris; Projekt HIPS; Radware; TITK; Volker Mai; Hochschule Stralsund; NUS National University of Singapore