Advanced in-vitro management of three-dimensional cell cultures and explanted tissue

Das Gebiet der roten Biotechnologie umfasst unter anderem in-vitro Anwendungen von Zellkulturen sowie die Nutzung von Gewebsmodellen die in der Medizin und der pharmazeutischen Forschung zunehmend an Bedeutung gewinnen. Dazu kommen auch immer stärkere Bestrebungen Tierversuche durch adäquate und relevante in-vitro Modelle zu ersetzen. Um zuverlässige Aussagen aus diesen Modellen zu erhalten ist es jedoch unerlässlich, die Funktionalität von zellbasierten Produkten und Gewebsmodellen möglichst ähnlich an die Physiologie des lebenden Organismus anzupassen. Zur Schaffung möglichst physiologischer Bedingungen werden derzeit an der Universität für Bodenkultur Wien (BOKU) entwickelte, parallelisierbare Miniperfusions-Bioreaktorsysteme eingesetzt. Diese werden vor allem auch für die dreidimensionale Kultivierung von Stammzellen in dynamischen Bioreaktoren in der regenerativen Medizin eingesetzt wobei Parameter aus dem Zellüberstand kontrolliert werden, die großen Einfluss auf die Zellkulturen haben (fluidischer Scherstress, Druck, O2, CO2, pH). Eine kontinuierliche Probennahme während des Wachstums ist derzeit nicht möglich weil es dadurch zu einer Einflussnahme auf die Wachstumsbedingungen kommt. Deshalb können zur Untersuchung der 3D Gewebe zur Zeit nur Endpunktbestimmungen vorgenommen werden obwohl eine kontinuierliche Probennahme während der Kultivierung von großem Vorteil wäre. Eine solche Probennahme um z.B. Metabolismus, Differenzierung u.ä. zu untersuchen, wird durch eine Weiterentwicklung der bei JOANNEUM RESEARCH entwickelten Offenen Mikroperfusion (OFM) ermöglicht. Diese nicht-invasive Probengewinnungsmethode kann genutzt werden um kontinuierlich das Wachstum und die funktionelle Differenzierung des Gewebes zu bestimmen. Die Entwicklung und Integration einer neuen OFM-Variante für Anwendungen in Bioreaktoren ermöglicht eine spezifische zeitaufgelöste online Erfolgskontrolle der optimierten Kultivierungsprozesse und stellt sicher, dass die Entwicklungsergebnisse auf weitere Anwendungen übertragbar sind (Tissue Engineering, in-vitro Testsysteme, Entwicklung von Zelltherapien, Biomaterialtestung - „release kinetics“). In einer zweiten Anwendung wird die Anwendung der OFM im ex-vivo Modell bis zur Marktreife verbessert. Entscheidend für das dabei verwendete chirurgisch explantierte Gewebe, welches verstärkt für biotechnologische Forschungszwecke in der medizinische Diagnostik und regenerative Medizin genutzt werden soll, sind vor allem die optimalen Umgebungsbedingungen, um die Experimente unter möglichst physiologischen Bedingungen durchführen zu können. Deshalb wird ein weiterer Fokus dieses Projekts auf den verbesserten Inkubationsmöglichkeiten für unterschiedliche explantierte Gewebe liegen.