Ziel der Entwicklung
Ziel des Vorhabens war die Entwicklung eines Verfahrens zur zeit- und kosteneffizienten Herstellung standardisierter, transport- und lagerfähiger Assays für die Kultivierung von 12 bis 48 dreidimensionalen (3D) Zellverbänden beziehungsweise Gewebepatches mit reproduzierbaren Eigenschaften im Multiwellplattenformat sowie der Entwicklung eines 3D-gewebebasierten In vitro–Zytotoxizitätstests auf Basis dieses Verfahrens. Sowohl die beantragte Produktentwicklung als auch das zugrunde liegende Verfahrenskonzept sollen die inhärenten Grundprobleme zell- und gewebebasierter In vitro–Testsysteme dauerhaft lösen und damit einen breiten Einsatz und wirtschaftlichen Erfolg von Gewebemodellen und gewebebasierten In vitro – Testsystemen ermöglichen.
Vorteile und Lösungen
Die Grundidee des etablierten Verfahrens ist der modulare Aufbau neuer Gewebemodelle und Testsysteme durch eine freie und bedarfsgerechte Kombination vier aufeinander abgestimmter, kompatibler Module mit jeweils spezifischen Eigenschaften. Durch eine bedarfsgerechte Modifikation einzelner Module lässt sich eine drastische Verkürzung der heute üblichen, langen Produktentwicklungszyklen erzielen.
Neben einer geeigneten Mikrotiterplatte, die als Assaypackmittel (Modul 1) dient, umfasst das Assay das Gewebemodell. Es besteht aus einer dreidimensionalen Biopolymermatrix als Stützstruktur (Modul 2) und einem nutritiven und kryoprotektiven Tägergel mit humanen Zellen (Modul 3). Im Rahmen eines einfachen, zellkulturfreien und automatisierbaren Fertigungsverfahrens können diese Komponenten innerhalb weniger Minuten zu einem Assay mit bis zu 96 humanen Gewebeäquivalenten kombiniert werden. Der Verzicht auf eine Kultivierungsphase im Speziallabor erlaubt im Vergleich zum Stand der Technik eine drastische Reduktion von Fertigungsaufwand und Fertigungskosten. Ein Kryoprotokoll zur vitalitätserhaltenden Gewebekryokonservierung (Modul 4) umfasst die Kryokonservierungshardware ‚MultiwellRACK‘ und ein darauf abgestimmtes Einfrierprogramm. Die Kryokonservierung erfolgt unter Nutzung gewebeeigener Schutzfaktoren und erlaubt gemäß der etablierten FTS (Frozen Transport & Storage) - Strategie einen uneingeschränkten Transport der Gewebemodelle auf Trockeneis. Die Lagerfähigkeit des kryokonservierten Gewebemodells in ULT-Gefriertruhen ermöglicht dem Anwender eine maximale Flexibilität bei der Versuchsplanung.
Optional kann das Assay durch ein photometrisches Testverfahren (Modul 5) vom Gewebemodell zum In vitro – Testsystem für toxikologische oder metabolische Untersuchungen erweitert werden. So wurde im Projektrahmen ein 3D-Modell humaner Schleimhaut für die biologische Sicherheitsbewertung von Lösungen und Extrakten etabliert. Im Vordergrund der Assayentwicklung stand die sogenannte RTU (ready to use) - Strategie, die einfacheste Anwendbarkeit ermöglicht. Nach dem Auftauen der geschlossenen Assayplatte im Wasserbad und einer kurze Revitalisierung kann die Prüfung direkt an der aufgetauten Assayplatte erfolgen. Die Applikation ist extrem robust gegen Anwenderfehler und erfordert weder Sterilität noch einen Medientausch oder ein Umlagern der Gewebeäquivalente.
Zielgruppe und Zielmarkt
Zur Verwertung der Projektergebnisse ist die Überführung des entwickelten Verfahrens in ein kryokonservierbares Tumormodell mit einem Wirtschaftspartner geplant. Darüber hinaus soll Know-how einzelner Verfahrensmodule separat verwertet werden. Im Fokus steht dabei die gemeinsame Entwicklung applikationsspezifischer Kollagenscaffolds mit zwei Firmen aus dem Biomaterialbereich. Mit einem der beiden Wirtschaftspartner soll auf Basis der Fertigungsstrategie definierter 3D Biopolymermatrices (Modul 2) ab 2018 eine antibiotische Wundeinlage mit gesteuerter Wirkstofffreisetzung entwickelt werden. Mit einem weiteren Kollagen verarbeitendem Unternehmen wird intensiv nach einer Applikationsmöglichkeit in Bereich der regenerativen Medizin gesucht. Darüber hinaus ist mittelfristig eine Optimierung und Vermarktung der entwickelten Kryokonservierungshardware für das Multiwell-Freezing (Modul 4, MultiwellRACK) geplant. Die aus dieser Hardwareentwicklung gewonnenen Erkenntnisse legen gleichzeitig den Grundstein für die Entwicklung eines autonomen Einfriergerätes zur Zell- und Geweberyokonservierung in Multiwellplatten mit Hilfe handelsüblicher Laborgefriertruhen im Rahmen eines weiteren Forschungsprojektes.