Produktion extrazellulärer Vesikel mittels RauPE

Forschende des Universitätsklinikums (UK) Essen planen extrazelluläre Vesikel (EVs) aus Stammzellen zu gewinnen, damit sie zukünftig als Medikamente eingesetzt werden können.

EVs sind winzige membranumhüllte Partikel mit denen DNA, RNA, Lipide und Proteine von Zelle zu Zelle weitergegeben werden können. Sie spielen bedeutende Rollen in der Kommunikation zwischen Zellen und können abhängig von ihrem Ursprung beachtliche therapeutische Effekte erzielen. Als Pioniere auf dem Gebiet zeigten Essener Forscher, dass EVs von mesenchymalen Stromazellen (MSCs) starke Entzündungsreaktionen unterdrücken können, wie sie u.a. nach Schlaganfall oder nach Sauerstoffunterversorgung bei Neugeborenen vorkommen. Um solche extrazellulären Vesikel (EVs) als Medikament einsetzen zu können, müssen sie in gleichbleibender Qualität produziert werden.

Technische Erfordernisse hierfür will ein Konsortium entwickeln, an dem das RWTH Aachen Spin-Off BioThrust GmbH, die Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Bernd Giebel am Institut für Transfusionsmedizin der Medizinischen Fakultät der Universität Duisburg-Essen und das Aachener Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie (IPT) beteiligt sind. Das gemeinsame Projekt RauPE (Robuste automatisierte Produktion therapeutisch einsetzbarer EVs) wird in den nächsten drei Jahren vom Land NRW sowie aus EU-Mitteln gefördert (EFRE.NRW). Dem Universitätsklinikum ist eine Förderung von knapp 530.000 Euro zugesagt worden.

Gemeinsam soll eine Plattform entwickelt werden, auf der die EV-produzierenden Zellen in großem Maßstab vermehrt werden können. Konkret sollen MSCs in einem Bioreaktor gezüchtet werden, der dafür im Rahmen des Projekts technisch weiter angepasst werden soll. Aus den Kulturmedien werden dann frei gesetzte EVs aufgereinigt und umfassend charakterisiert. Mit dem optimierten Prozess sollen dann mittelfristig klinisch einsetzbaren Präparate hergestellt werden.

Der Konsortialführer BioThrust entwickelt spezielle Membranreaktorkartuschen, die dank einer integrierten blasenfreien Begasungstechnologie („künstliche Lunge“) eine effizientere und skalierbarere Produktion der EV-abgebenden MSCs ermöglichen sollen. Um große Produktionschargen ermöglichen zu können, wurden im Vorfeld des Projektes MSCs am Universitätsklinikum Essen generiert, die durch gezielte genetische Veränderung unsterblich gemacht worden sind. „Die Immortalisierung der MSCs ist eine essenzielle Voraussetzung für das Projekt, indem wir nun die Bedingungen ausloten werden, wie sich therapeutische MSC-EV Präparate am besten produzieren lassen“, so Giebel Leiter der AG für Translationale EV-Forschung am UK Essen.

Um den Herstellungsprozess therapeutisch einsetzbarer MSC-EVs effizient, skalierbar und robust zu gestalten, wird er inklusive der entwickelten Membranreaktorkartuschen und der optimierten Präparationsverfahren in die automatisierte AUTOSTEM-Plattform des Fraunhofer IPT integriert. Die AUTOSTEM-Plattform arbeitet wie ein vollautomatisierter Labor-Container oder eine Mini-Pharma-Industrie-Anlage, in der alle Prozessschritte von der Anzucht der MSCs bis zur Ernte und Aufreinigung der EVs vorgenommen werden können, mit minimalen manuellen Eingriffen.

„Das RauPE-Projekt ermöglicht uns drei wichtige Entwicklungsschritte auf einmal“, so Dr. Patrick Bongartz, CEO und Mitgründer von BioThrust. „Zunächst die Translation unseres bionischen Bioreaktors mit seiner einzigartigen Begasungstechnologie in die pharmakologische Produktion. Dann die Erprobung des Systems mit einem führenden Wissenschaftler auf dem Gebiet der EV-Produktion und schließlich die Integration unseres Systems in eine vollautomatisierte Produktionsanlage.“