Automatisierte Herstellung und Überwachung dreidimensionaler Knorpelersatzgewebe aus mesenchymalen Stammzellen (MS CartPro)

Teilprojekt 1: MSC - Isolation und Sortierung
Leitung: Josten, Hepp; Bader, Schulz

In diesem Teilprojekt wird ovines und humanes Zellmaterial durch Aspiration von Knochenmark aus dem Beckenkamm entnommen. Aus dem so gewonnenen heterogenen Zellmaterial werden MSC isoliert und nach Bedarf mit der MOS Technologie (PB 2 Biophysikgruppe) nicht-invasiv sortiert. Die Heterogenität der MSC Populationen wird anschließend durch verschiedene Differenzierungs- und Oberflächenmarker für Knorpel-, Knochen- und Fettzellen charakterisiert. Die MSC Populationen werden sofort zur eigenen Forschung genutzt, anderen Teilprojekten zur Verfügung gestellt oder in einem Zellpool kryokonserviert. In Zusammenarbeit mit der Firma Miltenyi Biotech GmbH werden neue Antikörper für die magnetische Zellseparation (MACS) speziell für die Isolierung oviner MSC aus dem Knochenmark generiert und getestet.

Teilprojekt 2: Protokolle der MSC Selbstorganisation
Leitung: Bader, Schulz

Die isolierten MSC Populationen werden unter verschiedenen Kulturbedingungen chondrogen (Knorpel) bzw. osteogen (Knochen) differenziert und dabei mit zell- und molekularbiologischen Methoden analysiert. Zunächst wird das Expansions- und Differenzierungsverhalten in einem GLP-fähigen 2D- Kultursystem mit integriertem Video-Modul (TLVT) untersucht. Im weiteren Verlauf des Projektes werden dann Kultivierungsexperimente in einem GMP-fähigen und mit nicht-invasiven Monitoring Systemen (PB 2 Biophysikgruppe) ausgestatteten 3D-Bioreaktor durchgeführt. In diesem Reaktor wachsen die Zellen in einem 3D-Zellträgermaterial (Kollagengel) der Firma Ars Arthro AG. In Zusammenarbeit mit der Bioinformatikgruppe (PB 3) werden optimierte Produktionsprotokolle (Einfluss von Differenzierungsmedien, Wachstumsfaktoren, Zelldichte, biomechanischer Stimulation) durch gezielte Versuchsplanung und -durchführung erarbeitet. Die produzierten Knorpeltransplantate werden abschließend einer zell- und molekularbiologischen Endkontrolle unterworfen (siehe auch PB 2 Biophysikgruppe).

Teilprojekt 3: Bioreaktor Entwicklung
Leitung: Bader, Schulz

Dieses Teilprojekt entwickelt den Prototypen eines GLP-fähigen 2D-Kultursystemes, das es erlaubt, ovine und humane Stammzellpopulationen bzw. Einzelzellen in ihrer Vermehrungsphase zu beobachten (Integration von TLTV, PSAM und CLSM) und den verschiedenen zell- und molekularbiologischen Analysemethoden bereitzustellen. Im weiteren Projektverlauf wird das 2D-Konzept auf den neu zu entwickelnden Prototypen des automatisierten 3D-Biorektors übertragen. Neben der Integration der nicht-invasiven Monitoring-Systeme (TLTV, PSAM und CLSM) wird ein MOS-Modul zur Stammzellsortierung der Kulturkammer vorgeschaltet. Die Kulturkammer selbst wird zusätzlich mit einer piezoelektrischen Einrichtung ausgestattet, die eine zyklische mechanische Stimulation der wachsenden Knorpelimplantate ermöglicht.

Teilprojekt 4: GLP/GMP Management
Leitung: Emmrich, Lehmann

Die projektumfassende GLP/GMP-Konformität und die Erstellung aller projektrelevanten SOP wird durch die F&E-Auftragsvergabe an das Fraunhofer Institut für Immunologie und Zelltherapie sichergestellt. Dadurch wird ein Höchstmaß an Qualitätssicherung und Qualitätskontrolle während des gesamten Produktions- und Regenerationsprozesses gewährleistet. Die zu entwickelnden Kultursysteme werden dabei bereits während der Gerätekonzeption kritisch auf GLP/GMP-Konformität bewertet. Ferner werden die anfallenden Datensätze aus dem Kulturprozess und der Endpunkt-Qualitätskontrolle einem geeigneten Dokumentations- und Archivierungssystem zugeführt.