Regenerative Medizin Bioreaktor für kardiovaskuläre Implantate aus gezüchtetem Gewebe

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CSEM und Clex Bio, ein auf regenerative Medizin spezialisiertes Start-up, haben gemeinsam einen neuartigen Bioreaktor entwickelt, in dem menschliche Venen im Labor gezüchtet werden können. Die vom Research Council of Norway finanzierte Lösung soll das Leben von Millionen von Menschen, die an schwerer chronischer Veneninsuffizienz leiden, durch die Möglichkeit erleichtern, ihnen biotechnisch hergestellte Venen zu implantieren.

Gemeinsam haben die Partner CSEM und Clex Bio einen Bioreaktor-Prototyp für die Herstellung funktioneller Venenimplantate aus menschlichem Stammzellgewebe entwickelt und getestet, der sich in den Körper des Patienten integriert und zu lebendem Gewebe wird. Clex Bio nutzte hierfür seine Kompetenzen im Bereich der regenerativen Medizin, seine IP-Plattform und sein umfassendes Wissen über Hydrogele, während CSEM-Ingenieure und -Ingenieurinnen ihr Know-how in den Bereichen Automatisierung, mikrophysiologische Systeme und intelligente Labortechnik einbrachten.

Die Plattformtechnologie Vivo Set von Clex Bio ist eine Zell-Biomaterial-Formulierung, die Gewebe mit komplexem Aufbau, wie Venen, formen und bauen kann. Diese Venen werden durch die Kombination normaler Zellen mit dem patentierten Biomaterial von Clex Bio in einem mikrofluidischen Verfahren hergestellt. Sobald sich das gewünschte Gewebe gebildet hat, werden sowohl die Zellen als auch das Gerüst entfernt. Zurück bleibt ein Implantat, das aus menschlicher extrazellulärer Matrix besteht, dem Hauptbestandteil natürlicher Gewebe. Das so gezüchtete Venentransplantat kann Patienten direkt implantiert werden.

CSEM, das Schweizer Technologie-Innovationszentrum, ist auf die Entwicklung von standardisierten Gewebezucht-Plattformen spezialisiert. Die Ingenieure und Ingenieurinnen des Unternehmens arbeiteten mit den Experten von Clex Bio zusammen, einen Bioreaktor zu entwerfen und zu validieren, der diese Gewebeimplantate in skalierbarer Weise herstellen kann. Der Bioreaktor ermöglicht den Nachbau der röhrenförmigen Struktur der Venen, die das Blut aus den Organen zurück zum Herzen transportieren. Durch die Kombination aus einem Gerüst, biokompatiblen Membranen und 3D-Druck mit biokompatiblen Harzen konnte das CSEM-Team die Form für die Herstellung von Röhren wie Venen entwickeln und eine Reihe von künstlichen Geweben mit einer Länge von ca. 10 cm und einem Durchmesser von ca. 1 cm herstellen.

Die ersten vorklinischen Ergebnisse von Clex Bio zeigen, dass die Implantate bei den Patienten nach der Einpflanzung keine Immunreaktion auslösen. Stattdessen werden sie von den eigenen Zellen des Patienten besiedelt und verwandeln sich in funktionelles Gewebe, das sich in den Körper integriert und mit ihm wächst – eine wirklich regenerative Lösung und ein möglicher Durchbruch in der modernen Medizin.

Züchtung von venösem Gewebe

Ziel des Supervene-Projekts war es, standardisierte, automatisierte Herstellungsverfahren für die regenerative Medizin zu entwickeln, die vom Labor in den klinischen Bereich übergehen. „Vivo Set ist eine neue Technologie, die das unglaubliche Potenzial neuartiger Zelltherapien freisetzen kann“, so Stéphanie Boder-Pasche, Senior Project Manager in Cell Microtechnologies am CSEM. Ihr Kollege Gilles Weder, Leiter der Abteilung Forschung & BD in Life Science Technologies am CSEM, ergänzt: „Für die Herstellung solch revolutionärer Implantate benötigen wir ein geschlossenes High-Tech-Bio-Produktionssystem, das automatisch funktioniert.“ Die Venen reifen über einige Wochen in einer sterilen Umgebung, automatisch umströmt von Medien für die Sauerstoff- und Nährstoffversorgung. Für Armend Håti, CEO und Mitbegründer von Clex Bio, ist dies ein wichtiger Meilenstein: „Die Verwendung eines geschlossenen Systems zur Herstellung der Venentransplantate verringert das Risiko einer Kontamination, gewährleistet Produktqualität und -sicherheit und erleichtert die Einhaltung gesetzlicher Vorschriften. Dies ist eine wichtige Voraussetzung dafür, dass wir in Zukunft Studien am Menschen durchführen und das Produkt unter GMP-Bedingungen im großen Maßstab vermarkten können.“

Ausblick

Nach der Basisentwicklung des Systems wird Clex Bio nun weitere vorklinische Tests an größeren Tiermodellen durchführen, um Daten über die Funktionsfähigkeit der biotechnologisch hergestellten Venenimplantate im Herz-Kreislauf-System zu sammeln, einschließlich ihrer Fähigkeit, sich mit den eigenen Zellen des Wirts zu besiedeln. „Wir sind begeistert von dem Paradigmenwechsel, den dies für die menschliche Chirurgie und für die Behandlung von geschädigtem Gewebe einleiten kann – wir machen hier einen großen Schritt über die Welt der synthetischen Implantate hinaus in die Welt des Bioengineering“, sagt Håti.

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