Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPTForschungsprojekt »RauPE«
In der Biomedizin wird bereits seit einigen Jahren an der Entwicklung von (personalisierten) Stammzelltherapien geforscht. Der Stammzelltherapie wird in der Pharmabranche eine hohe Bedeutung beigemessen, da sie enormes Potenzial für die Behandlung degenerativer Erkrankungen, bei denen Gewebe nach und nach abgebaut wird, und für Tumorerkrankungen bietet. Um Stammzelltherapien vielen Patientinnen und Patienten zu ermöglichen, ist jedoch eine Produktion in großen Umfang erforderlich. Das Projekt »RauPE – Robuste automatisierte Produktion therapeutisch einsetzbarer extrazellulärer Vesikel« will daher eine Expansionsplattform für die kostengünstige Produktion von Zukunftsmedizin wie stammzellbasierten Therapien in Nordrhein-Westfalen entwickeln.
Skalierung der Therapeutika
Damit Zelltherapeutika kosteneffizient eingesetzt werden können, muss eine ausreichend große Anzahl an Zellen verfügbar sein – in der Regel mehrere Milliarden. Dafür werden die Zellen expandiert, d. h. in Bioreaktoren vermehrt. Derzeit kann diese Expansion meist nur in sehr kleinen Volumina und mit speziellen Geräten, für bestimmte Zellarten, durchgeführt werden. Das führt zu extrem hohen Herstell- und damit Therapiekosten auf Seiten der Pharmabranche.
Zellexpansion im Bioreaktor
Das Projekt »RauPE« hat das Ziel, eine robuste automatisierte Expansionsplattform für die kostengünstige Produktion von stammzellbasierten Therapien, in diesem Fall MSC-EVs, auf Basis eines Membranrührer-Bioreaktors zu entwickeln. Extrazelluläre Vesikel (EV) werden von den Mesenchymalen Stammzellen produziert und aus dem Zellkulturmedium gewonnen. Herkömmlicherweise werden die EV-produzierenden Stammzellen in Kulturplatten herangezüchtet. Doch diese Kultivierung ist ineffektiv, benötigt viel Raum und manuelle Arbeit. Das Projekt erarbeitet daher Single-Use Membrankartuschen, die eine robuste Zellexpansion sensitiver Zellen im Rührkessel-Bioreaktor ermöglicht. Diese Kartuschen werden erstmalig für die Expansion von Stammzellen genutzt und weiterhin für die Etablierung neuer, auf (EV)-basierende Therapien eingesetzt, zum Beispiel für immortalisierte mesenchymale Stammzellen (ciMSCs). Diese können besonders bei der Therapie von Entzündungsreaktionen wie Arthrose oder Schlaganfall eingesetzt werden.
Automatisierung der Produktionsprozesse
Zur Entwicklung robuster Produktionsprozesse werden die entwickelten Kartuschen und der ciMSC-Expansionsprozess in eine automatisierte Produktionsplattform des Fraunhofer IPT integriert. Auf Basis der bereits entwickelten AUTOSTEM Plattform soll eine vollautomatisierte Produktion von MSC-EVs, von der Probenverarbeitung, Bioreaktorsteuerung, Wachstumsanalyse bis hin zur abschließenden Zellentnahme angestrebt werden. Abgerundet wird das Vorhaben durch die Etablierung eines individuellen Testverfahrens. Das prä-therapeutisches Screening-Verfahren erlaubt die Prognose, ob einzelne Patientinnen und Patienten, die von MSC-EVs profitieren könnten, mit hoher Wahrscheinlichkeit auf entsprechende Therapeutika ansprechen werden.
Mit einem Konsortium bestehend aus der der Firma BioThrust, dem Universitätsklinikum Essen und dem Fraunhofer IPT wird das Wissen aus medizinischer Biotechnologie, Bioverfahrenstechnik und Prozessautomatisierung vereint. Das Zusammenwirken der Partner stellt eine optimale Voraussetzung zur Lösung bestehender Herausforderungen bei der skalierten Herstellung von Zelltherapeutika dar.
Projektpartner
- BioThrust, Aachen
- Universitätsklinikum, Essen
- Fraunhofer IPT, Aachen
Förderhinweis
Das Forschungsprojekt »RauPE« wird vom Ministerium für Wirtschaft, Industrie, Klimaschutz und Energie des Landes Nordrhein-Westfalen sowie aus EU-Mitteln des EFRE/JTF-Programms NRW gefördert.
Förderkennzeichen: EFRE-20800447