Innovationsschub für NRW-Biotechnologie: Robuste automatisierte Produktion von Stammzellen für neue Therapeutika

Mit dem kürzlich gestarteten Forschungsprojekt „Robuste automatisierte Produktion von therapeutisch einsetzbaren extrazellulären Vesikeln“ (RauPE) soll die Herstellung von Stammzelltherapien automatisiert und einer großen Zahl von Patienten zugänglich gemacht werden.

Das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie (IPT) entwickelt gemeinsam mit der BioThrust GmbH, einem Spin-off der RWTH Aachen, und dem Universitätsklinikum Essen eine Expansionsplattform, um stammzellbasierte Therapien in großem Maßstab herzustellen und so die Produktionskosten zu senken.

Eine der größten Herausforderungen bei stammzellbasierten Therapien ist die skalierbare Produktion der benötigten Zellmengen. Extrazelluläre Vesikel (EV) werden aufgrund ihrer etablierten Behandlungserfolge als Therapeutika für degenerative und tumorbedingte Erkrankungen eingesetzt. EV sind empfindliche membrangebundene Partikel, die sich aus ihren Ursprungszellen gelöst haben. Diese Art der Vesikel müssen für die Herstellung der Therapeutika aus spezialisierten Stammzellen hergestellt und aus dem Zellkulturmedium gewonnen werden. Die Herausforderung der effizienten Produktion in großen Mengen liegt in der Fragilität der EV. Deshalb ist heute die Expansion der Zellen in Bioreaktoren nur in kleinen Volumina und mit speziellen Geräten möglich. Das treibt jedoch die Herstellungskosten in die Höhe. Die Partner im Projekt „RauPE“ entwickeln dafür nun eine robuste und automatisierte Expansionsplattform, die auf dem Membranrührer-Bioreaktor des Aachener Spin-offs BioThrust basiert. Mit dieser Expansionsplattform sollen zukünftig qualitativ hochwertige EV automatisiert produziert werden können.

Neue Bioreaktor-Technologie für effizientere Zellvermehrung

Üblicherweise werden die EV-produzierenden Stammzellen in Petrischalen-ähnlichen Gefäßen kultiviert. Für eine Produktion in großem Maßstab ist das Vorgehen jedoch zu ineffizient und arbeitsaufwendig. Ungeeignet sind auch klassische Bioreaktoren, in denen Zellen beispielsweise auf Trägerpartikeln gedeihen können, da die mechanischen Kräfte im Reaktor die Zellen schädigen. Damit die Zellen eine kontinuierliche Sauerstoffzufuhr und frisches Medium für ihr Wachstum erhalten, hat die BioThrust GmbH Membranreaktorkartuschen entwickelt. Diese integrieren eine blasenfreie Begasung der Zellen mit Sauerstoff und ermöglichen so eine effizientere und skalierbare Vermehrung der sensiblen Stammzellen. Diese Kartuschen werden im Projekt zur Produktion immortalisierter mesenchymaler Stammzellen (ciMSC) verwendet, die am Universitätsklinikum Essen entwickelt wurden. Diese Zellen geben während der Kultivierung extrazelluläre Vesikel ab, die therapeutisch genutzt werden können, zum Beispiel gegen bestimmte Krebsarten, Entzündungen bei Arthrose oder nach Schlaganfällen.

Automatisierte Prozesse für eine sichere EV-Produktion

Ein weiteres Hauptziel des Projekts ist es, einen skalierbaren Prozess für die Herstellung von ciMSC-EV-Präparaten zu schaffen, der die Anforderungen für die Zertifizierung medizinischer Produkte erfüllt. Das Fraunhofer IPT integriert den gesamten Prozess der Herstellung von EV in seine vollautomatisierte AUTOSTEM-Laborplattform. Diese ermöglicht eine effiziente, präzise und sichere Durchführung sämtlicher Prozessschritte für die Herstellung neuer Therapeutika mit minimalem manuellem Aufwand – von der Zellkultivierung bis zur Ernte und Reinigung der EV.

Gefördertes Forschungsprojekt

Das Projekt „RauPE“ vereint mit den drei Projektpartnern die Expertisen aus medizinischer Biotechnologie, Bioverfahrenstechnik und Prozessautomatisierung. Ziel der Partner ist eine skalierbare Herstellung von Zelltherapeutika für die Entwicklung kostengünstiger und effektiver Zelltherapien. Das Projekt wird in den nächsten drei Jahren im Förderprogramm EFRE.NRW mit Mitteln des Landes Nordrhein-Westfalen sowie der EU gefördert.