Forschende des Fraunhofer-Translationszentrums für Regenerative Therapien TLZ-RT am Fraunhofer-Institut für Silicatforschung ISC in Würzburg haben einen Bioreaktor entwickelt, mit dem eine automatisierte Langzeitkultivierung von hiPSCs gelingt. Humane induzierte pluripotente Stammzellen (hiPSCs) bieten großes Potenzial für die Entwicklung von Zelltherapien, Medikamenten und für die Erforschung von Krankheiten.
Humane induzierte pluripotente Stammzellen (hiPSCs) gelten als vielversprechendes Werkzeug in der Medizin: Künftig sollen sie die Therapie von vielen Leiden wie etwa neurodegenerativen Erkrankungen ermöglichen. Nach wie vor ist jedoch die Herstellung großer Mengen an hiPSCs eine Herausforderung.
Um den wachsenden Bedarf an hiPSCs zu decken und die standardisierte Herstellung in größerer Zahl zu ermöglichen, hat ein Forscherteam des Fraunhofer ISC in Würzburg im Projekt SUSI (kurz für Suspensionsinkubator) einen dynamischen Inkubator und Suspensions-Bioreaktor entwickelt, der sich für die Langzeitkultivierung von hiPSCs eignet.
Mithilfe von Software-Simulationen ist es den Forschenden gelungen, hier die optimalen Parameter für die Konstruktion der Schlüsselkomponente Rührer sowie die geeignetsten Prozessparameter zu berechnen, die dann im Bioreaktor mithilfe von Sensoren kontinuierlich in Echtzeit überwacht werden. Damit erzielt der Suspensions-Bioreaktor eine saubere Zellvermehrung und ermöglicht eine homogene Zellsuspension – auch bei großen Zellmengen.
Zudem transportiert ein Fluidkreislauf, der durch eine Verschaltung von vier Ventilen ermöglicht wird, alle flüssigen Lösungen, die für die Prozesse erforderlich sind in einer sterilen Umgebung. Darüber hinaus umfasst der Inkubator ein mit einem Partner eigens entwickeltes Mikroskop, mit dem sich der Zustand des Nährmediums und der Zellsuspension automatisiert überwachen lässt. Ergänzend erlaubt der Einsatz von KI die Zählung der Zellen.
Insgesamt gelang den Forschenden des Fraunhofer TLZ-RT mit dem dynamischen Bioreaktor eine Zellkultivierung über die Dauer von drei Monaten. Das System konnte außerdem so angepasst werden, dass verschiedene Zelldifferenzierungen aus den Kulturen möglich sind. Zudem lassen sich verschiedene Arten von Bioreaktoren einbauen, die Ausstattung ist individuell anpassbar – eine Möglichkeit, die herkömmliche Inkubatoren üblicherweise nicht bieten.