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10/17/2022 09:41

Fraunhofer-Expertise klinische Anwendung: KryoRet-Kryokonservierungstechnologie für stammzellbasierte Retina-Implantate

Dipl.-Phys. Annette Maurer-von der Gathen Presse und Öffentlichkeitsarbeit
Fraunhofer-Institut für Biomedizinische Technik IBMT

    Forschern der Fraunhofer-Institute IBMT, ISC, IST und dem Fraunhofer TLZ-RT ist es gelungen, zusammen mit international renommierten Spezialisten der Augenklinik Sulzbach/Saar neuartige Methoden zur klinischen Translation von Stammzell-basierten Retinaimplantaten zur Heilung von z. B. altersabhängiger Makuladegeneration zu erarbeiten. Die steigende Anzahl an klinischen Studien von humanen induzierten pluripotenten Stammzellen (hiPSC) in der Ophthalmologie verlangt dringend nach neuen Methoden des Tissue Engineerings, der Langzeitlagerung und Logistik, um eine Unabhängigkeit vom Spendermaterial zu erreichen und funktionale Implantate zum Patienten zu bringen.

    Die altersabhängige Makuladegeneration (AMD) ist die häufigste Ursache für die Erblindung von Menschen in der westlichen Welt. Durch die steigende Lebenserwartung wird prognostiziert, dass die Fallzahlen dieser degenerativen Erkrankung weiter ansteigen. Derzeit kann die AMD aber nicht geheilt werden. Lediglich bei einem kleinen Teil der Patienten kann das Fortschreiten der Krankheit durch regelmäßige, kostenintensive Injektionen in den Augapfel, die sogenannte intravitreale operative Medikamentenapplikation (»IVOM«), verlangsamt werden. Neuartige, regenerative Therapieformen stehen am Beginn der klinischen Erprobung. Diese beruhen auch auf dem Ersatz des erkrankten Gewebes durch Stammzell-basierte, flächige Implantate von retinalem Pigmentepithel (RPE) hinter die Netzhaut. Eine derartige regenerative Behandlung hat bei rechtzeitiger Anwendung das Potenzial zur Heilung der AMD. Dies wäre für den Großteil der betroffenen Patienten ohne aktuelle Behandlungsmöglichkeit ein enormer Gewinn an Lebensqualität. Langfristig wäre dies für das Gesundheitssystem, auch hinsichtlich einer möglichen Ablösung der IVOM-Therapie, ein finanziell konkurrenzfähiges Behandlungskonzept. Da die AMD nicht zuletzt auch auf multifaktorieller genetischer Veranlagung beruht, sind zur Gewinnung der Ausgangszellen passende Fremdspenden erforderlich. Zudem schließt sich das Zeitfenster zur erfolgreichen Therapie schnell, da der Aufbau eines implantationsfertigen Gewebes etwa zwei Monate dauert. Daher ist eine effiziente Bevorratung von funktionalen Implantaten für eine breite klinische Nutzung des Verfahrens notwendig.

    Interdisziplinäre Zusammenarbeit eröffnet neue Möglichkeiten für die Therapie der AMD

    Das Fraunhofer-MAVO-Projekt »KryoRet« zielte auf die Schaffung der technischen und biotechnologischen Voraussetzungen für eine Lagerhaltung eines hiPSC-basierten RPE Implantats ab. Um dieses Gesamtziel zu erreichen, arbeiteten die beteiligten Fraunhofer-Institute für Biomedizinische Technik IBMT, für Silicatforschung ISC, für Schicht- und Oberflächentechnik IST und das Fraunhofer-Translationszentrum für Regenerative Therapien TLZ-RT mit komplementären Expertisen interdisziplinär zusammen, immer in engem fachlichen Austausch mit den Chirurgen der Augenklinik Sulzbach, um die komplexen Aspekte der klinischen Anwendung zu berücksichtigen. Um die ambitionierten Ziele in Hinblick auf Aspekte der Materialwissenschaft, Oberflächenfunktionalisierung, partikulärer Formulierung sowie Stammzell- und Kryotechnologie zu erreichen, wurden in diesem Gemeinschaftsprojekt die Kompetenzen der Fraunhofer-Institute ISC, IST und IBMT gebündelt. Mittels einer im Labor hergestellten maßgeschneiderten Trägermembran, wurde dem Implantat eine physiologische und funktionale Gerüststruktur verliehen. Hierbei wurde eine poröse Membran aus ORMOCER® mit SiO2-Fasern kombiniert, um geeignete Diffusionseigenschaften, Zellinteraktion sowie Lagerstabilität zu erreichen. Die Stammzell-Technologie findet derzeit insbesondere im Bereich der Ophthalmologie in internationalen klinischen Studien („first-in-man“) große Beachtung, da sie ein vielversprechendes Werkzeug darstellt, um zukünftig Eigen- und Fremdimplantate herstellen zu können. Im Projekt wurden daher auch Differenzierungsprotokolle für retinale Pigmentepithelzellen etabliert, um die Funktionalität der Konstrukte direkt mit hiPSC-abgeleiteten RPE zu validieren. Da die Herstellungsdauer mehr als 60 Tage betrug, sind Lagerungstechnologien unabdingbar.

    Retinaimplantate bedarfsgerecht verfügbar machen – kontrolliert einfrieren, lagern und Qualität sichern

    Um das künstliche RPE zu kultivieren, entwickelte das Forscherteam einen Demonstrator für den Lagerbehälter sowie ein Einfrierprotokoll, wodurch das Implantat über passiv kontrolliertes Eiswachstum vor schädlichen Konzentrationsgradienten geschützt werden kann. Zugleich dient der Behälter zur Kultivierung der Implantate. Im Projekt »KryoRet« wurden darüber hinaus Assays zur Bewertung der entwickelten Technologien etabliert. Es ist wichtig, dass diese keinen irreversiblen Einfluss auf die Implantate ausüben, so dass das Implantat selbst auf Funktionalität getestet und anschließend implantiert werden kann. Anhand von Mikroskopaufnahmen wurde beispielsweise ein Testdatensatz für maschinelles Lernen auf die verschiedenen Stadien der RPE-Kulturen während der Differenzierung erstellt, um zukünftig eine automatisierte Qualitätskontrolle durchzuführen.

    Experteneinschätzung: Großes Potenzial des Lösungsansatzes

    Während der gesamten Laufzeit wurde das Projekt von Experten der Augenklinik Sulzbach (Knappschaftsklinikum Saar) begleitet. Dadurch wurden bei der Entwicklung der Demonstratoren klinische Anforderungen frühzeitig berücksichtigt, um die spätere klinische Translation zu vereinfachen. »Durch die Ergebnisse des Projekts KryoRet wurde ein bislang fehlender translationaler Grundstein gelegt, um den Forschungsstandort Deutschland für Zulassungsarbeiten von Zelltherapeutika bei AMD attraktiv zu machen«, meint PD Dr. med. Boris Stanzel, Leiter des Makulazentrums und des Klinischen Studienzentrums der Augenklinik Sulzbach.

    Projektförderung: Fraunhofer-internes Förderprogramm MAVO

    Förderzeitraum: 03/2019 – 10/2022

    Projektkoordination und Ansprechpartnerin am Fraunhofer-Institut für Biomedizinische Technik IBMT
    Dr. Julia Neubauer
    Abteilungsleiterin Kryo- & Stammzelltechnologien
    Leiterin Projektzentrum Stammzellprozesstechnik am Fraunhofer ISC, Würzburg
    Tel: +49 931 4100 360
    E-Mail: julia.neubauer@ibmt.fraunhofer.de

    Ansprechpartner am Fraunhofer-Institut für Silicatforschung ISC
    Prof. Dr. Doris Heinrich
    Institutsdirektorin
    Institut für Bioprozess-und Analysenmesstechnik (iba) e.V., Heilbad Heiligenstadt
    Tel: +49 3606 671-0
    Email: doris.heinrich@iba-heiligenstadt.de und doris.heinrich@isc.fraunhofer.de

    Dr. Jürgen Meinhardt
    Leiter Cluster Analytische Dienstleistungen ADL am Fraunhofer ISC, Würzburg
    Tel.: +49 931 4100-202
    E-Mail: juergen.meinhardt@isc.fraunhofer.de

    Ansprechpartnerin am Fraunhofer-Translationszentrum für RegenerativeTherapien TLZ-RT
    Dr. Sofia Dembski
    Leiterin Biomaterialien am Fraunhofer-Translationszentrum für Regenerative Thera-pien TLZ-RT, Würzburg
    Tel: +49 931 4100-516
    E-Mail: sofia.dembski@isc.fraunhofer.de

    Ansprechpartnerin am Fraunhofer Institut für Schicht- und Oberflächentechnik IST
    Dr. Kristina Lachmann
    Leiterin Atmosphärendruck-Plasmaverfahren/Medizintechnik und pharmazeutische Systeme am Fraunhofer IST, Braunschweig
    Tel: +49 531 2155-683
    Email: kristina.lachmann@ist.fraunhofer.de


    Contact for scientific information:

    Projektkoordination und Ansprechpartnerin am Fraunhofer-Institut für Biomedizinische Technik IBMT
    Dr. Julia Neubauer
    Abteilungsleiterin Kryo- & Stammzelltechnologien
    Leiterin Projektzentrum Stammzellprozesstechnik am Fraunhofer ISC, Würzburg
    Tel: +49 931 4100 360
    E-Mail: julia.neubauer@ibmt.fraunhofer.de


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    Criteria of this press release:
    Business and commerce, Journalists, Scientists and scholars
    Materials sciences, Medicine, Nutrition / healthcare / nursing
    transregional, national
    Cooperation agreements, Research projects
    German


     

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