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Zelltherapie bei Fraunhofer

Zellnachschub

von Prof. Dr. Frank Emmrich

Die regenerative Medizin ist ein sehr junges und stark interdisziplinär geprägtes Forschungsgebiet. Dem liegt zu Grunde, dass es erst in den letzten Jahren gelungen ist, Näheres über das erstaunliche Potenzial endogener Reparatur- und Regenerationsrozesse zu erfahren.

Schlummernde Potenziale

Auch im menschlichen Organismus schlummern Potenziale, die uns z. B. helfen, bei Blutverlust oder besonderer Herausforderung unseres Immunsystems mit hoher Geschwindigkeit neue Zellen zu produzieren und in das bestehende System einzugliedern. Auch in soliden Organen finden sich selbst im hohen Alter noch Stammzellnester (so genannte „Stammzellnischen“), in denen Zellersatz für untergegangenes Gewebe produziert werden kann. Insofern ist die Stimulation und Modulation von Regenerations- und Adaptationsprozessen ein wichtiges Ziel. Mittlerweile gelingt es aber auch zunehmend, Zellen und Gewebe außerhalb des Körpers zu vermehren, zu differenzieren und in ihren Funktionen zu modulieren. Bioartifizielle Haut- und Knorpelgewebe haben vor einigen Jahren den Anfang gemacht und nun stehen Behandlungsverfahren für volkswirtschaftlich bedeutsame Krankheiten des Herzkreislaufsystems(Herzinfarkt und Schlaganfall) und vor allem auch Tumorerkrankungen vor der klinischen Prüfung.

Chronische Erkrankungen auf dem Vormarsch – Herausforderung für die Biomedizin

In den vergangenen Jahrzehnten hat sich in den entwickelten Industrieländern das Spektrum der epidemiologisch wichtigsten Erkrankungen dramatisch verändert. Während Akuterkrankungen an Bedeutung verloren haben, ist eine stete Zunahme chronischer Krankheiten zu verzeichnen, deren Verlauf maßgeblich durch Zell- und Gewebeschäden bestimmt wird. Häufig sind dabei körpereigene Kontroll- und Abwehrmechanismen gestört oder fehlreguliert. Dies bedeutet eine besondere Herausforderung für die Biomedizin und Biotechnologie, aber auch für die Gesundheitswirtschaft mit dem Ziel, neue Verfahren für Diagnostik und Therapie zu entwickeln.

Zellentwicklung im Fokus

Das Institut für Zelltherapie und Immunologie der Fraunhofer-Gesellschaft stellt sich diesen Aufgaben. Es betreibt Forschung über die Entwicklung von Körperzellen und Geweben, ihre Beobachtung, Steuerung, Züchtung und Einbindung in das Gesamtsystem des Organismus. Praktisches Forschungsziel sind neue Technologien und Behandlungsverfahren, die auf die Stimulation körpereigener Reparatur- und Kontrollprozesse wie z. B. auf die Steuerung der immunologischen Abwehr und auf den Zell- und Gewebeersatz abzielen. Dies betrifft innovative Verfahren zur nichtinvasiven Erkennung von Schäden und die laufende Überwachung der Heilungsprozesse. Es gibt mittlerweile vielfältige Möglichkeiten, Zellen und Gewebe außerhalb des Körpers zu züchten, zu vermehren, zu differenzieren und in Diagnose- und Therapieverfahren zu verwenden. Zudem stellen sich dabei auch produktionstechnische Herausforderungen in Bezug auf Automatisierung und Miniaturisierung. Hierbei kann das Fraunhofer IZI auf die vielfältigen Technologieplattformen der ingenieurtechnischen Fraunhofer-Institute zurückgreifen. Dennoch wird auch großer Wert auf hinreichende medizinisch-klinische Kompetenz gelegt, um die entwickelten Verfahren bis zur Markteinführung begleiten zu können. Besondere Kompetenzen in den unumgänglichen genehmigungsrechtlichen Verfahren in der Herstellungstechnik sollen kleinen und mittleren Unternehmen helfen, die damit verbundenen erheblichen Hürden zu überwinden. Hier gibt es einen hohen Bedarf an Beratungsleistung und Qualitätskontrollen. Der Aufwand für die Transplantation solider Organe liegt weltweit bei mehr als 6 Mrd. US-Dollar pro Jahr und für die Transplantation blutbildender Stammzellen wird etwa derselbe Betrag verausgabt. Neue Produkte der regenerativen Medizin und des Tissue Engineering hatten 2010 einen globalen Marktwert von etwa 2,5 Mrd. US-Dollar. Für das beginnende neue Jahrzehnt sagen Life Science Intelligence (LSI) einen Anstieg auf über 100 Mrd. USDollar voraus.

Forschungsbereiche

Das Fraunhofer IZI ist in vier Abteilungen gegliedert: Zelltechniken, Zelltherapie, Immunologie und Diagnostik. In der Abteilung Zelltechniken nimmt die Entwicklung von dendritischen Zellvakzinen für die Behandlung bösartiger Tumoren den größten Raum ein. Das Fraunhofer IZI entwickelt die Prüfprodukte für in Europa geplante klinische Studien für internationale Unternehmen. Die Abteilung Zelltherapie entwickelt zellbasierte Behand lungsverfahren für ischämische Erkrankun gen wie Myokardinfarkt und Schlaganfall. Sie liefert die Technologie für ein großes Kooperationsprojekt mit der Stanford University zur präklinischen Prüfung einer Zelltherapie in späten Verlaufsformen des Schlaganfalls. In der Abteilung Immunologie ist die präklinische Entwicklung eines Behandlungsverfahrens für die gefürchtete Graft-versus-Host-Disease nahezu abgeschlossen. Die Abteilung Diagnostik hat im vergangenen Jahr die Koordination eines großen Projektes der Fraunhofer-
Stiftung übernommen, bei dem neuartige Biomarker auf der Basis von nichtcodierende RNA (ncRNA) mithilfe neuartiger Technologieplattformen gesucht und validiert werden können.

Ausblick

Für die Entwicklung neuer Technologien gilt es, Steuerungsprozesse auf zellulärer Ebene und die Interaktion einzelner Zellen im Gewebeverband durch Oberflächenmoleküle und molekulare Signale (Zytokine) zu verstehen und aufgrund dieses Verständnisses zu beeinflussen. Zukünftige Therapiekonzepte werden sehr wahrscheinlich verschiedenartige Kombinationen von vorbehandelten Zellen, Biomolekülen und klassischen niedermolekularen Pharmaka einschließen. Für die Gestaltung von Zellkulturverfahren werden überdies ingenieurtechnische Innovationen und Kompetenzen zunehmend an Bedeutung gewinnen.

Foto: © Prof. Dr. Frank Emmrich