Synthetisches Knochenmark aus Seide kann Blutplättchen bilden
Die Transfusion von Blutplättchen ist ein unverzichtbares Verfahren für Patientinnen und Patienten, die – häufig aufgrund von Leukämie, einer Krebsbehandlung oder einer Viruserkrankung – nicht genügend eigene Blutplättchen bilden können. Doch das Angebot an gespendeten Thrombozyten reicht nicht aus, um die aktuelle Nachfrage zu decken, die jährlich um etwa 10 % ansteigt. Ein vielversprechender neuer Ansatz zur Steigerung der Versorgung sind ex vivo-Systeme für die Blutplättchenproduktion. Neben einer skalierbaren Versorgung bietet die Bildung körperfremder Blutplättchen eine vielseitige Verträglichkeit zur Vermeidung unerwünschter Immunreaktionen sowie ein geringeres Risiko von Kreuzinfektionen. Das durch den Europäischen Innovationsrat(öffnet in neuem Fenster) finanzierte Projekt SilkPlatelet(öffnet in neuem Fenster) entwickelte ein neues ex vivo-System zur Blutplättchenproduktion auf der Basis von Seidenfibroin, einer natürlichen Proteinfaser, die aus den Kokons domestizierter Seidenraupen gewonnen wird. Das System nutzt einen Bioreaktor, um die natürliche Produktion im Knochenmark nachzubilden, wobei Stammzellen in Vorläuferzellen von Megakaryozyten differenziert werden – den Blutplättchen produzierenden Zellen im Knochenmark. Das übergeordnete Ziel besteht darin, eine Lösung für die großmaßstäbliche Blutplättchenproduktion und -transfusion zu entwickeln. „Der Unterschied zwischen unserem Ansatz und anderen Ansätzen ist, dass wir die Technologie nicht an die Blutproduktion angepasst haben, sondern genau das Gegenteil getan haben: Wir sind von der Blutproduktion ausgegangen und haben daraufhin die Technologie entwickelt“, sagt Alessandra Balduini, Professorin am Institut für molekulare Medizin der Universität Pavia(öffnet in neuem Fenster) in Italien und Projektkoordinatorin von SilkPlatelet. „Das ist ein einzigartiger Ansatz.“
Verbesserte Knochenmarkmodelle auf Seidenbasis
Das System funktioniert, indem es im Labor gezüchtete Megakaryozyten glauben lässt, sie befänden sich im menschlichen Körper, so dass sie zur bedarfsweisen Produktion von Blutplättchen veranlasst werden. Es umfasst aus Seidenfibroin hergestelltes Knochenmark, das die schwammartige Struktur, Zusammensetzung und Mechanik von echtem Knochenmark genau nachbildet. Diese auf Seide basierenden Knochenmarkmodelle können dann Blutplättchen in großem Maßstab produzieren. Das Forschungskonsortium des SilkPlatelet-Projekts optimierte die Plattform zur Blutplättchenproduktion, verbesserte die Seidenmodelle, um die Umgebung des menschlichen Knochenmarks besser nachzubilden, und skalierte das System, um eine großmaßstäbliche Produktion zu ermöglichen. Dies dient dem Ziel der EU4Health-Strategie(öffnet in neuem Fenster), einen besseren Zugang zu lebensrettenden Behandlungen zu schaffen. Die Mitglieder des Konsortiums unter der Leitung von Hana Raslova am Institut Gustave Roussy(öffnet in neuem Fenster) in Paris, Frankreich, arbeiteten zudem daran, die Ausbeute, Funktionalität und Reinheit der Blutplättchenproduktion zu verbessern und die Plattform so zu optimieren, dass größere Mengen funktionsfähiger Blutplättchen erzeugt werden können. Parallel dazu wurden alle Zellprodukte einer umfassenden Qualitätskontrolle unterzogen, um ihre Identität, Reinheit, Funktionalität und Sicherheit vor der nachgelagerten Anwendung sicherzustellen. Ida Biunno und ihr Team von ISENET Biobanking(öffnet in neuem Fenster) in Italien leisteten einen weiteren Beitrag, indem sie die Etablierung, Charakterisierung und Qualitätsbewertung der im gesamten Projekt verwendeten induzierten pluripotenten Stammzelllinien unterstützten, und so die Belastbarkeit und Reproduzierbarkeit des Herstellungsprozesses gewährleisteten.
Ein flexibles Modell zur Erforschung von Krankheiten
Der Machbarkeitsnachweis demonstrierte, dass die ex vivo Zellen nicht nur funktionsfähig, sondern auch flexibel genug sind, um sich so zu verhalten, als wären sie Teil des menschlichen Körpers – einschließlich der Nachbildung der Auswirkungen von blutplättchenbezogenen Erkrankungen, so dass die Plattform für zukünftige Forschung genutzt werden kann. „Wir konnten zudem die Komplexität des Knochenmarks mit mehr Zellen – nicht nur den Vorläuferzellen – nachbilden und den Einfluss der verschiedenen Zellen des Knochenmarks auf die Blutbildung aufzeigen“, erklärt Balduini. Balduini und ihr Team arbeiten weiter daran, das System zu verfeinern und zu verbessern, neue Anwendungsmöglichkeiten zu finden und den Maßstab des Bioreaktors zu vergrößern. „Wir befassen uns derzeit intensiv mit der Seide: Wir möchten die Auswirkungen der Seide auf das System und unsere Verbesserungsmöglichkeiten verstehen“, merkt Balduini an.