Das Forschungsvorhaben an der Medizinischen Hochschule Hannover (MHH) zielt darauf ab, das Problem des Plastikmülls in der Biomedizin zu bekämpfen und nachhaltige Verfahren zur Kultivierung von menschlichen pluripotenten Stammzellen (hPSCs) zu entwickeln. Carlos Hernandez Bautista, ein Doktorand und Teil der Arbeitsgruppe von PD Dr. Robert Zweigerdt in den Leibniz Forschungslaboratorien für Biotechnologie und künstliche Organe (LEBAO), erhielt ein Forschungsstipendium in Höhe von 15.000 Euro von der Joachim Herz Stiftung. Dieses Stipendium ermöglicht ihm, mit Experten weltweit zusammenzuarbeiten, um umweltfreundlichere Verfahren zu entwickeln und Wissen im Bereich Nachhaltigkeit zu vertiefen. Weltweit fallen in Laboren jährlich etwa 5,5 Millionen Tonnen Plastikabfälle an, was 2% des gesamten globalen Plastikmülls darstellt.
Bautista arbeitet an einem Projekt mit dem Namen „Entwicklung nachhaltiger Biomedizin zur Herzregeneration“ und verfolgt das Ziel, die Abhängigkeit von plastikintensiven 2D-Methoden durch innovative 3D-Arbeitsabläufe zu reduzieren. Diese konventionellen Methoden sind schlecht skalierbar und verlangen einen hohen Einsatz an Plastikmaterialien. Die neue 3D-Suspensionskultur könnte die Ausbeute der hPSCs um das Zehnfache steigern und den Bedarf an Nährmedium um 75% senken. Zudem wird die kultivierte Stammzelle als Ausgangsmaterial für Zelltherapieprodukte genutzt, beispielsweise zur Herstellung von Herzmuskelzellen zur Behandlung von Herzschwäche.
Innovative Technologien zur Reduzierung von Plastikmüll
Durch den Einsatz von wiederverwendbaren Glas-Bioreaktoren anstelle herkömmlicher Plastikmaterialien beabsichtigt das Projekt einen wesentlichen Beitrag zur Verringerung des Plastikabfalls zu leisten. Solche Bioreaktoren ermöglichen zudem die Massenproduktion von hPSCs, was die Verfügbarkeit und die Kosten von Zelltherapien für Patienten entscheidend senken könnte. Die langfristige Vision umfasst die Zertifizierung durch die Organisation „My Green Lab“, welche nachhaltige Praktiken in Forschungslaboren fördert.
In der breiteren Perspektive betrachtet, haben humane induzierte pluripotente Stammzellen (hiPSCs) das Potenzial für Zelltherapien, Medikamentenentwicklung und die Erforschung von Krankheiten. Diese Zellen, die aus adulten Zellen des Bindegewebes gewonnen und im Labor zurückprogrammiert werden, bilden eine wichtige Basis für personalisierte Medizin. Projekte wie das von Fraunhofer ISC in Würzburg haben bereits Mechanismen wie dynamische Inkubatoren und Suspensions-Bioreaktoren entwickelt, um diesen Weg weiter zu fördern.
Technologische Fortschritte für die Zukunft
Ein wesentlicher Aspekt der Bioreaktor-Technologie ist der Impeller, der das Mischen, Belüften sowie Wärme- und Massentransfer im Glasbehälter ermöglicht. Die Kombination von Sensoren, die kontinuierlich in Echtzeit überwachen, und Software-Simulationen, die optimale Prozessparameter berechnen, zeigt das hohe Automatisierungsniveau dieser Systeme. Somit können verschiedene Arten von Bioreaktoren in das modulare System integriert werden, was eine sehr flexible Anpassung an unterschiedliche Zellkulturen ermöglicht.
Was in diesem Kontext von besonderer Bedeutung ist, ist die Möglichkeit, Zellkulturen über mehrere Monate bei optimalen Bedingungen zu halten, ohne das Differenzierungspotenzial der Zellen zu verringern. Diese Entwicklungen zeugen nicht nur von technischen Fortschritten, sondern auch von dem Engagement der Forschungsgemeinschaft, nachhaltige Lösungen zu finden, um die Herausforderungen der modernen Biomedizin zu bewältigen. Dies ist insbesondere in Anbetracht der Umweltprobleme und der Notwendigkeit, die Gesundheitssysteme weltweit zu entlasten, von großer Relevanz.