Neues künstliches System für Leberpatienten
Die Zell-Reprogrammierung ist die Fähigkeit, jede Zelle des Körpers in eine pluripotente Stammzelle (PSC) umzuwandeln, und hat spannende Möglichkeiten für die Untersuchung und Behandlung von Krankheiten eröffnet. Als Ursprung von jedem anderen Zelltyp im Körper stellen human-induzierte PSC eine unbegrenzte Quelle für Ersatzzellen und Gewebe für Patienten mit derzeit nicht behandelbaren Krankheiten dar. Das EU-geförderte Projekt NANOBIO4TRANS (A new nanotechnology-based paradigm for engineering vascularised liver tissue for transplantation) kombinierte die jüngsten Fortschritte von Stammzellenforschung, biokünstlichen Materialien und Biosensor-Technologie, um neue Werkzeuge für die Verwendung in der Transplantationsmedizin zu entwickeln, die über den Stand der Technik hinausgehen. Das Ergebnis des Projekts war eine bioartifizielle Leber-Unterstützung, durch die Blutplasma über funktionell aktive Hepatozyten, verpackt in einem Bioreaktor, zirkuliert wird. Das bioartifizielle Leber-Gerät von NANOBIO4TRANS kann in der modernen Medizintechnik verwendet werden. Zum ersten Mal wurde die Funktion der Funktionseinheiten der Leber - den Hepatozyten -, abgeleitet von human-induzierten PSC, mit frisch isolierten menschlichen Hepatozyten verglichen. Erstere wiesen konkurrenzlose Leberfunktionen auf, vergleichbar mit denen von frischen Lebergeweben. Die Projektmitglieder entwickelten erfolgreich eine Bioreaktor-Technologie, die das Wachstum unterstützt und mithilfe spezieller Sensoren den Zustand der PSC überwacht. Damit Bioreaktoren die Funktion der Leber gut genug nachahmen können, müssen sie auf künstlichen Gerüsten gebildet werden und alle zellulären Komponenten in engem Kontakt zueinander enthalten. Zu diesem Zweck kombinierte das Team innovative Techniken wie unter anderem 3D-Filament-Druck, Polymerguss und Zucker-/Salz-Auslaugung, um dreidimensionale zellmikroporöse Gerüste zu schaffen, die ein großes Netzwerk von kleinen Blutgefäßen beherbergen. Nanostrukturierte, völlig durchdringende Netzwerke von Hydrogel-Ablagerungen innerhalb dieser 3D-Gerüste ermöglichen die gezielte Abgabe von Medikamenten in Zellen, die sich im Inneren des Gerüsts befinden. Die neu entwickelte Strategie erlaubt die Skalierung der Gerüstgröße um den Faktor 1.000. Um eine groß angelegte Produktion von human-induzierten PSC zu erreichen, stellten die Wissenschaftler sicher, die richtigen Wachstumsbedingungen für 3D-Zellkulturen zu schaffen. Als solche differenzierten PSC nicht nur effizient zu Hepatozyten-artigen Zellen mit Enzyminduktionspotenzial, sondern auch zu anderen Zelltypen (Lungen- und Beta-Vorläuferzellen). Sobald Bibliotheken und Biobanken mit von Patienten stammenden PSC entwickelt werden, können Patienten von diesen neu entwickelten spezifischen bioartifiziellen Leber-Geräten profitieren. Die Herstellung und Lagerung von PSC von Individuen mit unterschiedlichen Blutgruppen wird zur Entwicklung von maßgeschneiderten biokünstlichen Geräten führen, die das Risiko einer Gewebeabstoßung minimieren sollten.
Schlüsselbegriffe
Leberfunktion, bioartifizielle Leber, Transplantatabstoßung, pluripotente Stammzelle, NANOBIO4TRANS
