Medikamentenzulassung Neue Technologien verbessern die Wirkstoffforschung mit menschlichen Zellen

Anbieter zum Thema

Governikus GmbH & Co. KG

Innerhalb eines Projekts haben Forscher innovative Lösungen für die Produktion und Vermehrung von menschlichen Zellen in Bioreaktoren entwickelt. Selbst die Lagerung wird durch eine eisfreie Kryokonservierungstechnologie vereinfacht. Dadurch ergeben sich neue Möglichkeiten, Medikamente frei von Tierversuchen auf unerwünschte Nebenwirkungen zu testen und sicher auf den Markt zu bringen.

In der Geschichte der Arzneimittelforschung haben klinische Tests und Studien die Medizin weit vorangetrieben, indem ein Medikament zuerst umfassend geprüft wird – auf Wirkung, Risiken und Nebenwirkungen. In den klinischen Studien scheitern jedoch viele neue Medikamente aufgrund ihrer schweren Nebenwirkungen, obwohl die Labortests mit Zellkulturen erfolgreich waren. Ein vorher vielversprechender Kandidat für neue Arzneimittel fällt somit durch und kommt nie auf den Markt.

Arzneimittelforschung

Neue Wege gehen: KI in der Medikamentenentwicklung

Wie kommt es dazu? In der Regel werden Arzneien mit Invitro-Zellkulturmodellen getestet, d. h. die verwendeten Zellen basieren auf tierischen Zellen. Abgesehen von kritisch-ethischen Aspekten, führt dies auch dazu, dass Menschen die Medikamente manchmal nicht so gut vertragen. Mehr Sicherheit bieten hingegen humane induzierte pluripotente Stammzellen (hiPS): Die Zellen werden aus menschlichem Hautgewebe oder einer Blutprobe gewonnen und in einem Labor unter speziellen Reprogrammierungsverfahren so präpariert, dass sie nicht mehr nur auf einen einzigen Gewebetypen zugeschnitten sind. Stattdessen können sie für fast jede Zelle im Körper redifferenziert werden. Außerdem enthalten hiPS-Zellen noch die Genominformation des Spenders. Das wirkt sich vorteilhaft auf die Wirkstoffforschung aus, weil auch Krankheiten und Störungen mit einer genetischen Komponente behandelt werden können.

Einem Forscherteam ist es nun gelungen, hiPS-Zellen in einem Bioreaktor zu vermehren und zu differenzieren. Die Herausforderung bestand zunächst darin, einen Bioreaktor nachzubilden, der den natürlichen Gegebenheiten im menschlichen Körper entspricht: „Wir haben unser eigenes elastisches Hydrogel entwickelt und produziert, das als Substrat speziell für den Bioreaktor dient. Die Zellen sind dort zu Hause, sodass sie sich effektiv vermehren können. Die gewählten Parameter erlauben es uns, für die medizinische Untersuchung relevante Mengen von bis zu mehreren Milliarden Zellen herzustellen“, erklärt Dr. Julia Neubauer, Leiterin der Abteilung Kryo- und Stammzelltechnologien am Fraunhofer-Institut für Biomedizinische Technik IBMT.

Anschließend bestand noch die Hürde, wie sich die Zellkulturen am besten lagern lassen. Die Lösung liegt im Kryotank-Schockfroster: Das Fraunhofer IBMT hat dazu eine Methode in der Kryokonservierung entwickelt, die mit flüssigem Stickstoff funktioniert. Nachdem die Zellen auf einer speziell entwickelten Zellkulturplatte kultiviert wurden, werden die Züchtungen innerhalb weniger Sekunden schockgefrostet – von ca. 23 Grad Celsius auf minus 196 Grad. Der schnelle Gefrierprozess bietet sich an, weil in Kombination mit speziellen Gefriermedien auch die Bildung von Eiskristallen vermieden werden kann, die womöglich das Material beschädigen. So stellt die Methode sicher, dass die Funktionalität vollständig erhalten bleibt.

„Insgesamt ermöglichen die Errungenschaften des R2U-Tox-Assays eine effizientere und sicherere Entwicklung von Wirkstoffkandidaten zur Behandlung einer Reihe von Krankheiten, darunter Herz- und Augenerkrankungen und sogar neurologische Erkrankungen wie Demenz“, sagte Neubauer. Krankenhäuser und Pharmalabore könnten künftig davon profitieren, zumal die Zellkulturplatten auch eine fast uneingeschränkte Lagerung ermöglichen. Dadurch können sie zu jeder Zeit auf passende Zellkulturen für Toxizitäts- und Arzneimitteltests zurückgreifen.

DNA-Forschung

Ein neues Zentrum für synthetische Genomik entsteht

Fördermittel für das Projekt UNLOOC

Biochips für Medikamentenentwicklung

(ID:50047545)