Zelldifferenzierung als Funktion der Mikroumgebung

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr. Rainer Buchholz; Professorin Dr. Ruth Freitag
• Fachliche Zuordnung: Bioverfahrenstechnik
• Förderung: Förderung von 2008 bis 2013
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 63669331

Die Entwicklung von geeigneten Reaktorkonzepten zur erfolgreichen In-Vitro-Kultivierung (Expansion, Differenzierung) von primären Körperzellen bzw. auch von deren pluripotenten Vorläuferzellen stellt eine der großen Herausforderungen der Bioprozesstechnik dar. Dies gilt z. B. auch für die Zellen des adaptiven Immunsystems. Im Bereich der T-Zelien werden autologe oder allogene Transplantate bereits klinisch erprobt. Um Eingang in den klinischen Alltag zu finden, bedürfen solche Transplantationsstrategien allerdings eines robusten Verfahrens, das ohne Verlust der spezifischen zellulären Eigenschaften eine Expansion der im humanen peripheren Blut niederfrequenten Zellen bzw. sogar deren kontrollierte In-Situ-Differenzierung und Reifung erlaubt. In diesem Zusammenhang ist bislang ein genaueres Verständnis der Vorgänge in direkter Umgebung der Zellen nicht vorhanden; die wenigen etablierten Verfahren greifen derzeit auf die Verwendung von Feeder-Layer-Technologien zurück. Abgesehen vom Restrisiko sind solche Kultivierungsstrategien nur wenig effizient und kaum reproduzierbar.Im Rahmen von Voruntersuchungen (BVT, Erlangen-Nürnberg) konnte gezeigt werden, dass im Falle von (antigenspezifischen) T-Zellen aus Vollblut eine Mikroverkapselung verbunden mit einer Kultivierung im Wirbelschichtreaktor, die Expansion über mehrere Größenordungen bis hin zu Gewebezelldichten erlaubt. Das Verfahren ist damit den üblichen Zellkulturansätzen deutlich überlegen und könnte zudem die Grundlage für ein sehr robustes Verfahren für den Alltag in der Klinik bilden. Es konnten auch erste Aussagen zum Differenzierungsverhalten der Zellen unter diesen Bedingungen gemacht werden, die ebenfalls Unterschiede zur weniger „physiologischen“ Standardkultivierung von Primärzellen, etwa in der Kulturschale, aufzuweisen scheinen. Allerdings konnten im Rahmen dieser Vorarbeiten kaum Erkenntnisse bezüglich der zeit- und molekularbiologischen Ursachen dieses Verhaltens oder auch der Rolle der Mikroumgebung gesammelt werden. Dies soll im Rahmen des hier vorgestellten Forschungsprojektes näher untersucht werden. Darüber hinaus soll das sehr erfolgreiche Reaktorkonzept auf B-Lymphozyten, als wichtigsten antigenpräsentierenden Zellen, ausgeweitet werden, wobei die Komplexität der immunologischen Stimulierung und der Differenzierung bei B-Zellen noch deutlich höher ist als bei T-Zellen. Letztendlich, soll somit ein weiterer Schritt auf dem Weg zum immunologischen, artifiziellen Volltransplantat bzw. zum nachmodellierten lymphatischen Gewebe in vitro vollzogen werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen