Ziel der Entwicklung

Das Projekt beschäftigte sich mit der Entwicklung einer speziellen Gewebekulturvorrichtung, die es ermöglichen soll, Gewebe Konstrukte zu kultivieren, die mit einem blutgefäßartigen Versorgungssystem ausgestattet sind. Mit der Erzeugung dieser 3D Gewebe kann ein bedeutender Schritt hin zur Realisierung komplexerer künstlich hergestellter biologischer Gewebe gelingen, da das Versorgungssystem die Zufuhr von Nährstoffen während der Züchtung sichert und somit die Viabilität der Zellen in größeren Konstrukten im Vergleich zur passiven Versorgung, Diffusion von Sauerstoff und Nährstoffen, deutlich verbessert. Obwohl die Vaskularisierung, bekannt als Integration von Blutgefäßen in künstliche Gewebe, ein bedeutendes Ziel der aktuellen biomedizinischen Forschung ist, gibt es bisher keine kommerziell verfügbaren Vorrichtungen, die eine Perfusion der Versorgungskanäle vorsehen. Mit der Entwicklung der vorliegenden Kultivierungsplattform sollte diese Lücke geschlossen werden.

Vorteile und Lösungen

Im Rahmen des Projektes ist es gelungen, ein Kultivierungssystem zu erzeugen, mit dem die Perfusion von kleinvolumigen Blutgefäßen ermöglicht wird. Damit wird das Züchten biologischer Gewebe erleichtert, die zur verbesserten Versorgung mit einem Blutgefäß basierten Versorgungssystem ausgestattet sind. Diese sogenannten vaskularisierten Gewebe stehen aktuell im Mittelpunkt des Forschungsgeschehen im Tissue Engineering. Während der Entwicklung musste das Design des Kultivierungssystems mehrfach angepasst werden, da sich Schwierigkeiten beim Handling, bei der Transparenz, bei der Fixierung der künstlichen Gefäße und bei dem Überleben der Zellen in der Kulturkammer zeigten. Es war daher richtig, die Additive Fertigung als Herstellungstechnologie zu wählen. Damit war eine schnelle und kostengünstige Anpassung des Designs möglich. Im Ergebnis wurde eine Kultivierungsplattform im Wellplatten Format mit drei Kulturmodulen entwickelt. Jedes Kulturmodul besteht aus einem eigenen Medienkreislauf. Am seitlichen Einlass wird das Kulturmedium über einen Luer-Lock Adapter in die Kanüle geleitet. Über die Kanüle gelangt das Medium in das zellbesiedelte Gefäß. Dieses durchspannt die Kulturkammer, in der das biologische Gewebe wächst. Das Ende des Gefäßes befindet sich in einem Mediumreservoir, das gleichzeitig als Blasenfalle fungiert. Von dort aus wird das Medium in ein Sedimentationsbecken geleitet, das Partikel vom Kreislauf abtrennt. Um das gesamte Kulturmodul vor Kontaminationen zu schützen, wird es mit einem Deckel abgedeckt. Im Projekt konnte gezeigt werden, dass semipermeable Gefäßstrukturen, wie die verwendeten Kollagenfasern, die Versorgung der Kulturkammer mit Sauerstoff realisieren können.

Zielgruppe und Zielmarkt

Das entwickelte Perfusionssystem ist ein Hilfsmittel für das Züchten von vaskularisierten künstlichen Geweben im Rahmen des Tissue Engineerings und gehört somit zu den Zellkulturprodukten. In Deutschland gibt es zahlreiche Firmen, Universitäten und Forschungsinstitute, die sich intensiv mit Zell- und Gewebetechnik beschäftigen und auf die Bereitstellung von Kultivierungssystemen angewiesen sind. Grund für das große Interesse ist unter anderem der steigende Bedarf an Ersatzgeweben für die klinische Anwendung, der Bedarf an alternativen Testsystemen für die Wirkstoffforschung und das Bestreben, physiologische Prozesse des Körpers in einem weniger komplexen System untersuchen und verstehen zu können. Das erarbeitete Know-how zur Herstellung der Plattform soll direkt bei den Herstellern von Zellkulturprodukten genutzt werden. Die Perfusionsplattform ist weiterhin für Anbieter von Laborgeräten von Interesse. Gerade im Bereich der Ingenieurwissenschaft gibt es in Deutschland viele kleine Unternehmen und vor allem auch Start-Ups, die sich durch die Produktion von hochspezialisiertem Laborequipment auszeichnen. Besonders auf dem Markt der Laborgeräte ist die Entwicklung neuer, innovativer Produkte eine entscheidende Voraussetzung für die Wettbewerbsfähigkeit eines Unternehmens. Derzeit gibt es kein Produkt auf dem Markt, das eine Kultivierung von vaskularisierten 3D-Matrices ermöglicht.