Optimierter Nährstofftransport für sichere und effektive Geweberegeneration
Obwohl Perfusions-Bioreaktoren die Nährstoffversorgung deutlich verbessert haben, wirkt der mechanische Stress durch die Strömungskraft oft aber auch kontraproduktiv auf die Zellkulturen. Dies kann durch Verlangsamung der Perfusionsrate verhindert werden, darunter leidet dann aber wiederum die Nährstoffzufuhr. Das EU-finanzierte Projekt TRANSMEX (The balance between transport and mechanical issues in 3d regenerative tissues, using the perfusion bioreactor) arbeitete auf eine Optimierung der Nährstoffversorgung bei gleichzeitiger Vermeidung von Zellschäden hin. Ziel war die Modellierung der durch Strömungskräfte ausgelösten Zellverformung in Gewebekonstrukten. Untersucht wurden in diesem Zusammenhang die Vor- und Nachteile der Mediumperfusion für die Neogewebssynthese, wobei der Betriebsbereich für eine optimale Perfusion und die entsprechenden Parameter ermittelt wurden. Hier spielen, wie sich herausstellte, die Betriebskapazität des Perfusionssystems und das Zellträgermodell eine wichtige Rolle. Unter Berücksichtigung dieser Kenndaten kann die Gewebezüchtung so optimiert werden, dass eine maximale Nährstoffversorgung bei möglichst niedrigen Strömungskräften gewährleistet ist, ohne Zellen oder Trägermaterial zu schädigen. Da bei der direkten Perfusion ein Druckaufbau nicht verhindert werden kann, hat die Perfusionsdauer Einfluss darauf, ob Schäden an Neogewebe und Zellkultur entstehen. Fließdruck und –dauer variieren bei jedem System, sodass vorgeschlagen wurde, die Züchtungsmethode auf das jeweils verwendete System abzustimmen. Damit kann der Differentialdruck im Innern des Perfusionskultursystems überwacht und die Fließgeschwindigkeit rechtzeitig verlangsamt werden, bevor es zu Zellschäden kommt. Durch Online-Überwachung der Perfusionskulturen kann zwischen hoher und niedriger Fließgeschwindigkeit variiert werden, um die Nährstoffversorgung bei akzeptablem Druck zu optimieren. Die Ergebnisse von TRANSMEX unterstützen Wissenschaftler und Mediziner, optimale Bedingungen für die Gewebezüchtung zu schaffen und werden wesentlich dazu beitragen, teure Behandlungskosten weltweit zu senken.
