Schlecht heilende Wunden, defekte Knorpel, Schlaganfall, Parkinson – bei diesen und vielen weiteren Erkrankungen soll künftig Regenerative Medizin den Patienten helfen. Mit Gewebezüchtungen –Tissue Engineering – und dem Einsatz von Stammzellen wollen Mediziner funktionsgestörte Zellen, Gewebe und Organe wiederherstellen.

Automatisiertes Tissue Engineering: Haut aus der Fabrik

Der Hintergrund: Künstliche Haut für Transplantationen oder zum Testen von Kosmetika und Chemikalien ist rar: Sie wird derzeit manuell im Labormaßstab hergestellt, die Kultivierung dauert sechs Wochen. Sogar etablierten internationalen Unternehmen gelingt es nicht, mehr als 2000 Hautstücke von je einem Quadratzentimeter Größe pro Monat zu produzieren. Vier Fraunhofer-Institute haben nun die erste, vollautomatisierte sterile Anlage entwickelt, um Haut schneller und in größerer Menge zu erzeugen: In einem mehrstufigen Prozess werden die Hautproben sterilisiert, per Roboter in die Anlage transportiert, zerkleinert, isoliert und zum Wachsen gebracht – nach drei Wochen ist die künstliche Haut fertig. Die Fabrik soll monatlich etwa 5000 Stück briefmarkengroße Hautmodelle züchten.
»Uns ist es zum ersten Mal gelungen, eine durchgehende Prozesskette in einer einzigen Anlage zu realisieren – von der Zellextraktion über die Zellvermehrung bis hin zum dreidimensionalen Gewebeaufbau«, sagt Professorin Heike Walles vom Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB in Stuttgart. Entstanden ist die Fabrik in dem Projekt »Automated Tissue Engineering on Demand«, das die Fraunhofer-Zukunftsstiftung fördert. (www.tissue-factory.com)
Aber die Wissenschaftler wollen mit der Fabrik nicht nur Haut herstellen. Die Technologie soll in den kommenden zwei Jahren so weiterentwickelt werden, dass sich damit auch andere Gewebe wie zum Beispiel Knorpel automatisch fertigen lassen.

Regenerative Therapie: Heilen mit Stammzellen

Forscher und Mediziner setzen große Hoffnungen in Stammzellen. Sie sollen helfen, schwere Krankheiten wie Alzheimer oder Parkinson zu heilen sowie Gewebe- und Organschäden zu reparieren. Die Besonderheit der Stammzellen: Sie können sich in verschiedene Zelltypen oder Gewebe ausdifferenzieren. Forscher des Fraunhofer-Instituts für Zelltherapie und Immunologie IZI in Leipzig nutzen ein innovatives Verfahren, um induzierte Pluripotente Stammzellen (iPS) herzustellen. Damit lassen sich Gewebezellen wieder zu Stammzellen zurückprogrammieren. Dadurch werden ethisch unbedenkliche junge Stammzellen verfügbar um individuell einsetzbare Therapien zu entwickeln, zum Beispiel insulinproduzierende Zellen für Diabetiker.
Auch bei der Behandlung von Schlaganfall-Patienten sollen Stammzellen helfen. Darauf deuten Untersuchungen von Forschern des IZI in verschiedenen Modellsystemen hin. »Diese ermutigenden Ergebnisse müssen allerdings noch die klinische Prüfung bei menschlichen Patienten bestehen«, sagt Prof. Frank Emmrich, Leiter des IZI.

Qualifiziertes Biobanking: Rückgrat der zukünftigen Medizin

Blut- und Gewebeuntersuchungen sind aus der medizinischen Diagnostik nicht mehr wegzudenken. »Bioproben werden für die Prävention immer wichtiger«, betont der Leiter des Fraunhofer-Instituts für Biomedizinische Technik IBMT in St. Ingbert, Professor Günter R. Fuhr. Um sie in der Regenerativen Medizin nutzen zu können, müssen die Proben künftig Tage, Wochen, Monate, Jahre und oft Jahrzehnte lang gelagert werden – und zwar Millionen unterschiedlicher Zellen und Gewebeproben in bester Qualität. Derzeit gibt es nur eine Möglichkeit solche Lebendproben zu konservieren: Sie werden bei weniger als -138 Grad Celsius tiefgefroren und in Biobanken gesammelt. Das IBMT leistet seit zehn Jahren Pionierarbeit im »Qualifizierten Biobanking« und konzipiert Anlagen, um derartige Probenumfänge mit Qualitätskontrolle und Datenauswertung zu handhaben.
Medizin der Zukunft: Personalisiert und regenerativ

In der Regenerativen Medizin findet ein doppelter Paradigmenwechsel statt: individuelle Intervention statt Medikamente für die Masse sowie Regeneration statt Reparatur. »Patientenspezifische therapeutische Unikate bieten enorme Chancen, die Gesundheitsversorgung besser und langfristig wirtschaftlicher zu machen«, sagt Dr. Bärbel Hüsing, Leiterin des Geschäftsfeld Biotechnologie und Lebenswissenschaften am Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung ISI.
»Das Feld der regenerativen Medizin hat in den vergangenen Jahren sehr große Fortschritte gemacht«, sagt Professor Uwe Heinrich, Sprecher des Fraunhofer-Verbunds Life Sciences und Leiter des Fraunhofer-Instituts für Toxikologie und Experimentelle Medizin ITEM in Hannover. »Dennoch liegt noch viel Arbeit vor den Wissenschaftlern, Unternehmen und regulatorischen Behörden, um dieses neue Wissen sicher und zuverlässig zum Patienten zu bringen.«

Weitere multimediale Informationen zum Thema »Regenerative Medizin« finden Sie unter:

Film: Die Hautfabrik

Titel Fraunhofer-Magazin weiter.vorn 1.2011 »Organe aus der Retorte«

Podcast: Organe aus der Retorte