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Zell- und Gentherapieprodukte konservieren Wann es auch die „Minus 80“ tut

Von Marnick Dewilde, Chief Sales Officer für Medical Refrigeration und Blood Management, B Medical Systems

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Für das Einfrieren wertvoller biologischer Therapeutika war lange die aufwendige Kryokonservierung mit flüssigem Stickstoff der Standard. Doch Studien zeigen, dass manche Zell- und Gentherapieprodukte auch in Ultratiefkühlgeräten bei ca. –80 °C stabil bleiben. Damit steht medizinischen Einrichtungen eine weitere, weniger aufwendige Kühlkettenlösung zur Verfügung.

Abb. 1: Zell- und Gentherapieprodukte werden meist mithilfe von Flüssigstickstoff bei –196 °C eingefroren. Doch es kann auch einfacher gehen.
Abb. 1: Zell- und Gentherapieprodukte werden meist mithilfe von Flüssigstickstoff bei –196 °C eingefroren. Doch es kann auch einfacher gehen.
(Bild: © sola_sola - stock.adobe.com)

Dank großer Fortschritte auf dem Gebiet der Stammzellenforschung in den letzten Jahren, ist es inzwischen möglich, Zellen zu vermehren und neu zu programmieren. Davon profitieren insbesondere Menschen mit erbbedingten oder chronischen Erkrankungen, da neuartige Zell- und Gentherapien immer größere Erfolge erzielen. Zunehmend können heute Krankheiten behandelt werden, die noch vor wenigen Jahren als unbezwingbar galten: Darunter sind schwere Immundefekte, Netzhauterkrankungen, Beta-Thalassämie oder neuromuskuläre Erkrankungen. Selbst Patienten mit Krankheiten wie Krebs, Mukoviszidose, Alzheimer, Diabetes, Parkinson oder Rheuma können heute aufgrund der neuartigen Therapien Hoffnung schöpfen.

Im Zuge dieser Therapien werden so genannte transformative Behandlungen angewendet. Damit das genetische Material seine therapeutische Wirkung im Patienten voll entfalten kann, muss es vom Zeitpunkt seiner Entnahme bis zum Zeitpunkt der Reinjektion fast durchgehend bei konstant niedrigen Temperaturen gelagert werden. Bislang kam hierfür überwiegend die so genannte Kryokonservierung zum Einsatz. Bei dieser Methode werden die Zell- und Gentherapieprodukte mithilfe von Flüssigstickstoff bei einer Temperatur von –196 °C eingefroren. Die Kryokonservierung ist jedoch ein sehr komplexes und teures Verfahren, das dazu führen kann, dass diese neuartigen Therapien nur einer geringen Zahl von Patienten zur Verfügung stehen. Allerdings zeigen Studien aus den vergangenen Jahren, dass zahlreiche Stoffe auch bei Temperaturen um die –86 °C stabil bleiben. Diese Temperaturen lassen sich problemlos und zuverlässig mit guten Ultratiefkühlgeräten (ULTs) erreichen. ULTs stellen damit für medizinische Einrichtungen eine einfach nutzbare und wirtschaftliche Option zur Konservierung von bestimmten Zell- und Gentherapieprodukten dar. Ihr Einsatz trägt daher dazu bei, dass die neuartigen Therapien für immer mehr Patienten zugänglich werden.

Wie funktionieren eigentlich Zell- und Gentherapien?

Bei beiden Ansätzen, sowohl der Zell- als auch der Gentherapie, wird genetisches Material verändert, um dessen Funktionsweise zu verbessern oder Krankheiten zu bekämpfen. Erkrankungen werden dabei auf molekularer Ebene analysiert, mit dem Ziel, beschädigte oder in ihrer Funktion gestörte Moleküle zu ersetzen.

Therapien der (nahen) Zukunft?

Prinzipiell befinden sich die Zell- und Gentherapien noch in den Anfängen ihrer Entwicklung, bergen aber ein enormes Potenzial. In der Zukunft könnten Zell- und Gentherapien eine deutlich ziel­gerichtetere, personalisierte Behandlung ermöglichen und Erkrankungen, die bislang als unheilbar galten, bezwingen. Aktuell wird bis 2025 mit etwa 20 jährlichen Neuzulassungen weiterer Zell- und Gentherapieprodukte gerechnet.

Bei einer Zelltherapie werden einem Menschen ganze Zellen entnommen und außerhalb des Körpers in einem Labor genetisch bearbeitet. Diese können dabei dem Patienten selbst (autologe Zellen) oder einem Spender (allogene Zellen) entnommen worden sein. Ist die Bearbeitung der Zellen abgeschlossen, werden sie dem Patienten wieder infundiert und entfalten ihre Wirkung. Im menschlichen Körper gibt es etwa 200 verschiedene Zelltypen – jede davon hat eine ganz bestimmte Funktion. Jedoch eignen sich nach aktuellem Wissen nicht alle für eine Zelltherapie. Zellen mit therapeutischen Indikationen sind z. B.

  • hämatopoetische Stammzellen (Blutstammzellen),
  • mesenchymale Stammzellen (Bindegewebezellen),
  • embryonale Stammzellen,
  • induzierte pluripotente Stammzellen und
  • Immunabwehrzellen.

Bei einer Gentherapie sollen Krankheiten geheilt werden, die eine genetische Ursache haben, bzw. es sollen Gene für die Therapie genutzt werden. Bei der Gentherapie wird direkt in das Genom von Körperzellen eingegriffen. Dies kann auf verschiedene Weise geschehen. Am häufigsten werden Vektoren wie Viren verwendet, die ein Stück genetisches Material zu den Zellen transportieren und dann dessen Einschleusen in die Zelle erleichtern. Ist das geschehen, bauen die Proteine und Enzyme der Zelle das neue genetische Material in ihr eigenes Genom ein, was unterschiedliche Auswirkungen haben kann.

Der neue DNA-Strang wird erstens als Bauplan für die Produktion bestimmter Proteine verwendet, die der Patient sonst nicht selbst herstellen könnte. Oder das neue genetische Material kann die Produktion bestimmter Proteine anregen, die der Körper des Patienten vielleicht schon produziert, aber bis dahin nur in geringen Mengen. Drittens kann das neue genetische Material dazu verwendet werden, die Expression eines bestimmten Proteins zu blockieren, das im Körper des Patienten Probleme verursacht. Zuletzt kann das in die Zellen injizierte genetische Material auch dazu verwendet werden, einen Teil der DNA der Zelle abzuschneiden, der dem Patienten Probleme bereitet.

Unterschiedliche Stoffe benötigen unterschiedliche Temperaturen

Damit all diese Zell- oder Gentherapeutika intakt und wirksam bleiben, müssen sie bei sehr tiefen Temperaturen gelagert und transportiert werden. Ab der Entnahme in einem klinischen Umfeld über den Transport zu einem Verarbeitungszentrum bis hin zur Rücksendung an die Klinik und ihrer Verabreichung dort benötigen die Stoffe starke Kühlung. Eine Frage mit praktischen und wirtschaftlichen Folgen ist allerdings, wie stark genau die Stoffe gekühlt werden müssen.

So führte bei Alginat-verkapselten Leberzell-Sphäroiden die Lagerung bei –80 °C im Rahmen einer Studie bereits nach wenigen Wochen zu einer raschen Verschlechterung der Funktionserholung. Auch embryonale Stammzellen verloren bei dieser Art von Lagerung ihre Lebensfähigkeit und wiesen veränderte Eigenschaften auf. Es gibt also Stoffe, bei denen die Kryokonservierung alternativlos bleibt.

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Doch nicht alle Stoffe benötigen so tiefe Temperaturen. In einer Studie wurde die Stabilität von peripheren Blutstammzellen (PSBCs) sowohl nach Lagerung in Flüssigstickstoff als auch in ULTs verglichen: Nach fünf Jahren fand man kaum Unterschiede in den Veränderungen der Zellen. Darüber hinaus erbrachten PBSCs nach Lagerung von mehr als 1,5 Jahren bei –80 °C gute Erholungsraten nach autologer Transplantation. Und Studien, in denen die Reaktion von Zahnmarkstammzellen und Pankreasinseln auf das Einfrieren bei –85 °C und –196 °C verglichen wurde, ergaben nach mehr als sechsmonatiger Lagerung bei beiden Temperaturen keinen Verlust der Differenzierungsfähigkeit und Funktionalität der Zellproben.

ULTs als effiziente, zuverlässige und wirtschaftliche Alternative

Leistungsstarke Ultratiefkühlgeräte mit einer Temperatur von –86 °C stellen offenkundig für manche Zell- und Gentherapieprodukte eine Alternative zu der Lagerung in Flüssigstickstoff dar. Das Einfrieren der Stoffe mittels ULTs ist viel einfacher als mit der klassischen Kryokonservierung. ULTs tragen somit zu verbesserten und wirtschaftlicheren Abläufen bei Zell- und Gentherapien bei.

2 Hochwertiger Edelstahl, ein passwortgeschützter Türverriegelungsmechanismus, isolierte Innentüren, versiegelte Dichtungen und ein verstärkter Rahmen sorgen für minimalen Kaltluftverlust. Notstrom-
versorgung und Alarmsysteme garantieren höchste Zuverlässigkeit.
2 Hochwertiger Edelstahl, ein passwortgeschützter Türverriegelungsmechanismus, isolierte Innentüren, versiegelte Dichtungen und ein verstärkter Rahmen sorgen für minimalen Kaltluftverlust. Notstrom-
versorgung und Alarmsysteme garantieren höchste Zuverlässigkeit.
(Bild: B Medical Systems)

ULTs von Anbietern wie B Medical Systems nutzen ausschließlich natürliche Kältemittel mit einer hohen Kühleffizienz. Die Geräte sind aus hochwertigem Edelstahl und kommen mit passwortgeschütztem Türverriegelungsmechanismus, isolierten Innentüren, versiegelten Dichtungen sowie verstärkten Rahmen für minimalen Kaltluftverlust oder Frostansatz. Sie besitzen eine Software zur Fernüberwachung, Berichterstellung und Langzeitprotokollierung von Daten. Darüber hinaus wird ihre Zuverlässigkeit deutlich erhöht durch Add-Ons wie Notstromversorgung und Alarmsysteme, die sowohl audiovisuell als auch per SMS oder E-Mail über Temperaturänderungen informieren.

So viele Patienten wie möglich mit neuen Therapieformen erreichen

Ultratiefkühlgeräte sind für medizinische Einrichtungen unverzichtbar, um einfach und wirtschaftlich so viele Patienten wie möglich mit modernen Zell- und Gentherapien zu erreichen. Denn im Gegensatz zur umständlichen Konservierung mit flüssigem Stickstoff sorgen ULTs für eine effiziente, praktikable, sichere und kostengünstige Kühlung, die die Stabilität vieler Zell- und Gentherapieprodukte aufrechterhält. (ott)

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