Organisch gedruckte, kryokonservierte 3D-Zellmodelle unterstützen Suche nach Wirkstoffen
Die Industrie verwendet Modelle humaner Zellen zur Erforschung der biologischen Effekte potenzieller neuer Behandlungen für Krankheiten des Menschen. Typischerweise kamen hier gealterte Zelllinien zum Einsatz, was jedoch nachweislich den Vorhersagewert der Versuche beeinträchtigt. Im klinischen Umfeld scheiterte die Mehrheit der auf diese Weise ausgewählten Wirkstoffkandidaten. Und das oft nach erheblichen finanziellen Investitionen. Damit diese zellbasierte Analysetechnik Wirksames findet, müssen sich die Zellen, wie die Industrie nun erkannt hat, an das Gewebe „erinnern“ können, aus dem sie stammen. Sogenannte „primäre“ Zellen, insbesondere wenn sie in einer dreidimensionalen Umgebung ähnlich der ihres Ursprungsgewebes platziert werden, sind dafür am besten geeignet. Die Fertigung derartiger Zellmodelle in 3D hat sich jedoch als ein technisch anspruchsvoller Prozess erwiesen. Die im Rahmen des ANAPRINT-Projekts entwickelte Lösung von AvantiCell Science setzt bei der Erzeugung von dreidimensionalen Zellmodellen auf den Einsatz des Bioprintings von Primärzellen. Dieses Bioprinting-Verfahren wurde entwickelt, um in jede Vertiefung (Well) einer Mikrotiterplatte eine genaue Anzahl von Zellen zusammen mit dem extrazellulären „Klebstoff“, der sie innerhalb ihres Ursprungsgewebes zusammenhält, zu platzieren. In der Industrie werden typischerweise Platten mit 96 (12 x 8) Wells oder 384 (24 x 6) Wells zur schnellen präklinischen Prüfung von Wirkstoffkandidaten verwendet. „Diese Präzision des Bioprintings, seine Zellfreundlichkeit und die Fähigkeit, zelluläres Mikrogewebe einheitlich in jeder Vertiefung der Platte zu assemblieren und zu positionieren, schaffen die idealen Bedingungen für den Aufbau einer Screening-Plattform für die Wirkstoffentdeckung“, erklärt der Projektkoordinator Dr. Colin Wilde. „Plug-and-Play“ Das ANAPRINT-Team entdeckte außerdem, dass die 3D-Zellmodelle in den Wells der Mikrotiterplatten eingefroren, dann aufgetaut und erfolgreich in die Kultur zurückgeführt werden konnten. Diese Kombination aus einem vorgefertigten 3D-Zellmodell und den Optionen einer kryokonservierten Langzeitlagerung bietet den Kunden ein wesentlich effizienteres Ressourcenmanagement, was die Attraktivität der Technik für einen branchenweiten Einsatz steigert. Außerdem konnte das von ANAPRINT verfolgte Ziel eines skalierbaren Fertigungsprozesses erreicht werden, der die Produktion, die Lagerung und eine auf Abruf erfolgende Lieferung von Analyseprodukten auf Basis von dreidimensionalen Zellen ermöglicht. Der Erfolg wurde durch die Tatsache bekräftigt, dass das Team mittels Bioprinting auf einheitliche Weise Leberzellen und Zellaggregate herstellen und unter Einsatz dieser 3D-Zellmodelle Toxizitätstests nach Industrienormen durchführen konnte. Revolutionäre positive Wirkung Die Anstrengungen rund um den Ersatz von Tierversuchen durch Analysen auf Basis von Humanzellen, um ethischen Bedenken und Nachhaltigkeitsaspekten Rechnung zu tragen, werden von ANAPRINT unterstützt. Zudem könnten in erweiterten Anwendungen ansonsten zu entsorgende biologische Materialien (z. B. Immunzellen aus Bluttransfusionsextrakten) genutzt werden. Im Hinblick auf die ökonomische Seite der Biowissenschaften „sollten mit der Entwicklung präklinischer Instrumente, die das klinische Verhalten besser vorhersagen, zukünftig weniger als zwei von drei Wirkstoffkandidaten in der späten Entwicklungsphase versagen“, bekräftigt Dr. Wilde. „Hoffentlich werden auf diese Weise die Kosten für die Entwicklung neuer Arzneimittel sowie die Kosten der Gesundheitssysteme für die Bereitstellung der wichtigsten Medikamente gesenkt.“ Zur Präsentation der Kryokonservierungstechnologie Cryotix™ wurde der Öffentlichkeit ein zweidimensionaler Demonstrator vorgestellt. Die Markteinführung des ausgereiften Produkts ist innerhalb einiger Monate nach Projektende zu erwarten. Die ersten Verkäufe an Forscherteams in der Industrie sind bereits erfolgt. Es ist davon auszugehen, dass die Technologie innerhalb von zwei Jahren nach Projektende sowohl durch Lizenzierung als auch durch vertragliche Anwendungsvereinbarungen einen erheblichen Teil der Erlöse von AvantiCell Science bilden wird. In den nächsten, unmittelbaren Schritten werden diese Technologien in breiterem Umfang auf Zellen angewandt, die für schwere Krankheiten beim Menschen von Bedeutung sind. Das Verfahren von ANAPRINT ist auch für andere Industriezweige von Interesse, etwa wenn es um Lebensmittel, Nutrazeutika, ergänzende Arzneimittel und Werkstoffe für Medizinprodukte geht. Anwendungen auf dem Gebiet der Nanomedizin und der die Nanotoxizität betreffenden Umwelttests werden ebenfalls als potenzielle Märkte in Betracht gezogen.
Schlüsselbegriffe
ANAPRINT, additive Fertigung, Bioprinting, Zellmodelle, 3D, dreidimensional, Wirkstoff, Arzneimittel, pharmazeutisch, Kryokonservierung, einfrieren, Gewebe, klinisch
