Zellkulturumgebung natürlich angepasst

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Geeignet zur Stammzellen-Kultivierung...

Durch den Einsatz der Screen-Matrix konnten die Entwickler bereits für verschiedene Zelltypen definierte Biomatrix-Kombinationen identifizieren, auf denen die Zellen besonders gut wachsen und anhaften. Das gelang u.a. für mesenchymale Stammzellen. Dank der neuartigen Beschichtung konnte dort auf die sonst standardmäßig notwendigen Serum-Zusätze während der Kultivierung verzichtet werden, ohne nennenswerte Einbußen bei der Zellzahl zu erhalten. In Abbildung 3 (s. Bildergalerie) ist das Ergebnis eines Experiments nach drei Tagen Kultivierung gezeigt. Mesenchymale Stammzellen werden bereits heute für die Behandlung der Graft-versus-Host-Krankheit nach Knochenmark-Transplantationen eingesetzt und werden in Zukunft auch bei der Behandlung von Knochen- und Knorpelerkrankungen eine Rolle spielen.

Neben mesenchymalen Stammzellen haben auch induzierte pluripotente Stammzellen ein großes Potenzial, zukünftig für verschiedene Zelltherapien eingesetzt zu werden (s. Ergänzendes zum Thema). Auch hier konnte das Denovo-Matrix-Team die optimale Biomaterialkombination identifizieren, mit der deutlich mehr Zellen den originalen Stammzellcharakter beibehalten (s. Abb. 2, Bildergalerie).

...und Kultivierung neuraler Vorläuferzellen

Ein funktioneller Einfluss des Materials konnte auch für neurale Vorläuferzellen (engl. neural progenitor cells, NPCs) gezeigt werden. Während diese sich auf der einen bestimmten Biomaterialzusammensetzung optimal vermehren, benötigen sie eine alternative Umgebung, um bevorzugt zu Neuronen zu differenzieren. So kann man durch „Maßschneidern“ des richtigen Materials zum einen ausreichend Vorläuferzellen anwachsen lassen und zum anderen qualitativ optimierte Nervenzellen für deren Anwendung generieren, beispielsweise in der Medikamentenforschung oder auch für den zukünftigen klinischen Einsatz.

Schon andere Gruppen haben gezeigt, dass die Zusammensetzung der Nischen-ECM einen erheblichen Einfluss auf das Verhalten der neuronalen Vorläuferzellen hat und dass dabei in allen Entwicklungsstadien insbesondere Glykosaminoglykane eine wichtige Rolle spielen. Basierend auf diesen Erkenntnissen wurden verschiedene Kompositionen getestet. So konnte beispielsweise für Heparin-beschichtete Oberflächen gezeigt werden, dass neurale Vorläuferzellen darauf eine bis zu dreimal so hohe Überlebensrate haben als auf den derzeitigen Laminin-beschichteten Standardoberflächen. Zudem differenzierten sie dort bis zu 20-fach effektiver zu Neuronen (s. Abb. 4, Bildergalerie).

Bildergalerie

Zusammenfassung und Zukunftspläne

Die neuartigen Beschichtungen können also je nach Zusammensetzung das Zellwachstum sowohl quantitativ als auch qualitativ beeinflussen, indem Komponenten der ECM integriert werden und so die künstliche Zellkulturumgebung besser an die natürliche Umgebung der Zellen im Körper angepasst wird. Im Gegensatz zu den momentan verbreiteten Laminin- oder Kollagenbeschichtungen oder dem natürlichen ECM-Extrakt Matrigel sollen die Denovo-Matrix-Beschichtungen nach Herstellerangaben in der Lage sein, spezifische Komponenten individuell und chemisch definiert zu kombinieren, sodass sie sowohl an die Bedürfnisse des jeweiligen Zelltyps als auch an dessen spezielle Anwendung angepasst sind.

Ab 2019 will das Dresdner Start-up auch die spezifischen Materialkombinationen für mesenchymale und induzierte pluripotente Stammzellen als Ergänzung zu der bereits erhältlichen Screen-Matrix auf den Markt bringen. Langfristiges Ziel der Entwickler ist es, diese Materialkombinationen für die klinische Anwendung bei zukünftigen Stammzelltherapien zu validieren und zuzulassen. Darüber hinaus forscht und entwickelt das Team an weiteren potenziellen Anwendungsfeldern der Materialien, u.a. für Implantatbeschichtungen. Außerdem sollen die Materialien zukünftig auch dafür verwendet werden, um anhand der spezifischen Zusammensetzungen der Matrices Rückschlüsse auf die ECM-Faktoren zu ziehen, die für bestimmte Zelltypen relevant sind.

Schon heute erlaubt die in Dresden entwickelte Screen-Matrix aber eine effizientere Zellkultivierung als bisher – indem sie für die Zellen eine möglichst natürliche Umgebung zum Wachsen imitiert.

* Dr. R. Wetzel, N. Schmieder-Galfe, B CUBE der TU Dresden, 01307 Dresden

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