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MHH-Doktorand erhält Forschungsstipendium, um nachhaltigere Verfahren zur Kultivierung von Stammzellen zu entwickeln.
Forschung ist unerlässlich für den Fortschritt in der Medizin – sie erzeugt aber leider auch viel Müll. So fallen jedes Jahr weltweit etwa 5,5 Millionen Tonnen Plastikabfälle aus Laboren an. Das sind 2 Prozent der globalen Menge an Plastikmüll – und das, obwohl Forschende weniger als 0,2 Prozent der Weltbevölkerung ausmachen. Carlos Hernandez Bautista, Doktorand im PhD-Programm „Regenerative Sciences“ der Medizinischen Hochschule Hannover (MHH), möchte das ändern. Als Mitarbeiter in der Arbeitsgruppe von Privatdozent (PD) Dr. Robert Zweigerdt in den Leibniz Forschungslaboratorien für Biotechnologie und künstliche Organe (LEBAO) der Klinik für Herz-, Thorax,- Transplantations- und Gefäßchirurgie will er neue, effiziente Bioprozesse für die Massenproduktion menschlicher pluripotenter Stammzellen (human pluripotent stem cells , hPSCs) in wiederverwendbaren Rührkessel-Bioreaktoren aus Glas entwickeln. Die hPSCs sind in ihren Urzustand zurückprogrammierte Körperzellen, die sich nun wieder zu beinahe allen Zellarten heranbilden können. In seinem Projekt „Entwicklung nachhaltiger Biomedizin zur Herzregeneration” dienen die hPSCs als Ausgangsmaterial für die Herstellung von Zelltherapieprodukten wie Herzmuskelzellen zur Behandlung von Herzschwäche. Die Joachim Herz Stiftung hat den Nachwuchswissenschaftler und sein Vorhaben „Entwicklung nachhaltiger Biomedizin zur Herzregeneration” für das „Add-on Fellowship for Interdisciplinary Life Science“ ausgewählt und unterstützt ihn mit einem Stipendium in Höhe von 15.000 Euro.
Bioreaktoren aus Glas
Zu den größten Verursachern von Forschungs-Plastikmüll gehören Zellkultur-Labore, insbesondere solche, die konventionelle, sogenannte 2D-Methoden verwenden. Diese in den Lebenswissenschaften seit Jahrzehnten angewandte Technologie bezeichnet das flächige Wachstum von Zellen, etwa in Kulturschalen oder auf der Oberfläche von Plastikflaschen. Carlos Hernandez Bautista strebt plastikarme 3D-Arbeitsabläufe an, die den hohen Anforderungen der Spitzenforschung gerecht werden, ohne die Umwelt zu belasten. „Ich möchte wiederverwendbare Glas-Bioreaktoren verwenden und die in unserem Labor hergestellten und kältekonservierten hPSCs direkt in das flüssige Nährmedium einbringen. Dabei werden große Mengen an Zellkulturflaschen aus Plastik gänzlich ersetzt, die für die 2D-Methoden nötig sind,“, erklärt der Doktorand. Zu den wichtigsten Herausforderungen zählt dabei zu verhindern, dass die Zellen nach dem Auftauen beschädigt werden oder sterben, wenn sie direkt in 3D-Arbeitsabläufe übertragen werden. Dieses Problem will der Biologe durch verschiedene überlebensfördernde Zusatzstoffe in der Nährlösung beheben. Das Verfahren soll sowohl für die Massenkultivierung der Stammzellen wie auch für deren Weiterentwicklung in verschiedene Zelltypen angewendet werden. In seinem Projekt werden die hPSCs zu Herzmuskelzellen umgebildet. Diese biotechnologisch hergestellten Kardiomyozyten werden in der Biomedizin benötigt, um neue Zelltherapien zur Behandlung von Herzinsuffizienzen zu entwickeln.
Weniger Verbrauch an Kulturmedien
Während hPSCs ein immenses Potenzial für die regenerative Medizin haben, sind die etablierten 2D-Kultursysteme für die Massenproduktion dieser Zellen plastikintensiv, unwirtschaftlich und schlecht skalierbar – lassen sich also nicht vom kleinen Labormaßstab wirksam auf industrielle Produktionsmengen übertragen, ohne die Qualität oder Ausbeute zu beeinträchtigen. „Diese nicht nachhaltige Herangehensweise steht im Widerspruch zum dringenden Bedarf an umweltfreundlicheren Labormethoden“, betont PD Dr. Zweigerdt. Dazu gehört nicht nur der Einsatz von Plastik, sondern auch der Bedarf an Kulturmedien. „Um diesem Problem zu begegnen, haben wir eine bahnbrechende Strategie für die 3D-Suspensionskultur entwickelt, mit der wir nicht nur eine zehnfach höhere Ausbeute der hPSCs erhalten, sondern auch gleichzeitig den Bedarf an Nährmedium um 75 Prozent senken“, freut sich der Arbeitsgruppenleiter.
Auch Gesundheitssystem profitiert
Das Projekt ist hochgradig interdisziplinär und integriert so verschiedene Bereiche wie Stammzellbiologie, Herzregeneration, Biotechnologie, Regenerative Medizin, Bioinformatik und Umweltwissenschaften, um die klinische Anwendung der hPSCs und der daraus entstehenden Zellprodukte voranzutreiben. „Das Forschungsstipendium gibt mir die Möglichkeit, weltweit mit Experten zusammenzuarbeiten, um eine Produktion für regenerative Zelltherapien zu entwickeln, die den hohen wissenschaftlichen Anforderungen genügt“, erklärt Hernandez Bautista. Zudem möchten die Forschenden im LEBAO weitere umweltfreundliche Labormethoden nutzen. Langfristiges Ziel ist es, eine Zertifizierung der gemeinnützigen US-amerikanischen Organisation „My Green Lab“ zu erhalten, die nachhaltige Praktiken in Forschungslaboren unterstützt. Von neuen Produktionsmethoden profitiert jedoch nicht nur die Umwelt. Durch die Entwicklung effizienter, rein 3D-basierter Arbeitsabläufe sollen neue medizinische Ansätze für Patientinnen und Patienten und das Gesundheitssystem erschwinglich gemacht werden.
Add-on Fellowship
Die Joachim Herz Stiftung unterstützt jährlich bis zu 80 Forschende aus den Bereichen Ingenieurwesen, Wirtschaftswissenschaften und Lebenswissenschaften durch finanzielle und immaterielle Mittel. Der Doktorand Carlos Hernandez Bautista wurde unter mehr als 500 Bewerberinnen und Bewerbern für das renommierte „Add-on Fellowship for Interdisciplinary Life Science“ ausgewählt. Das Stipendium ermöglicht ihm, sein Wissen im Bereich Nachhaltigkeit zu vertiefen und umweltfreundlichere Verfahren im Labor anzuwenden. Die Förderung richtet sich an exzellente Forschende in den frühen Phasen ihrer Karriere, die interdisziplinäre Forschungsthemen mit gesellschaftlicher Bedeutung im Bereich „Ressourcen der Zukunft“ bearbeiten. Das Forschungsstipendium umfasst eine individuelle Unterstützung sowie eine Möglichkeit zur Vernetzung mit anderen Fellows über einen Zeitraum von zwei Jahren und drei Monaten.
SERVICE:
Weitere Informationen erhalten Sie bei Privatdozent Dr. Robert Zweigerdt, zweigerdt.robert@mh-hannover.de oder bei Carlos Hernandez Bautista, HernandezBautista.Carlos@mh-hannover.de.
Sagt dem Plastikmüll im Labor den Kampf an: Doktorand Carlos Hernandez Bautista.
Copyright: Karin Kaiser/MHH.
Criteria of this press release:
Journalists
Medicine
transregional, national
Research projects
German
Sagt dem Plastikmüll im Labor den Kampf an: Doktorand Carlos Hernandez Bautista.
Copyright: Karin Kaiser/MHH.
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