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Regenerative Medizin: Taros und Uni Köln wollen die Gewebezüchtung verbessern

Taros Chemicals, ein unabhängiges, inhabergeführtes Forschungsunternehmen, das in den Geschäftsfeldern Biotechnologie, Pharma, Pflanzenschutz und Materials tätig ist und das Zentrum für Physiologie & Pathophysiologie der Universität zu Köln wollen im Gebiet der Gewebezüchtung (tissue engineering) eng zusammenarbeiten.
Ziel des vom BMBF geförderten KMU-innovativ Projekts ist es unter anderem, Crosslinker zu synthetisieren, die in Kombination mit PAA-Gelen eine standardisierte Herstellung von elastischen Polymeren erlauben, mit denen sich heutige Probleme der Steifigkeit des Trägermaterials bei der Gewebezüchtung, beispielsweise Herzmuskelzellen, besser lösen lassen. Das Projekt wird unter dem Akronym KOXA „Kontrolliert spaltbare Crosslinker zur Adhäsion und Dehäsion von Säugerzellen auf Polyacrylamid-Biomatrices“ geführt.

Die Gewebezüchtung (tissue engineering) ist einer der zukünftig vielversprechendsten Therapieansätze in der modernen Medizin und birgt die Chance, Millionen von Menschen neue Heilungsmöglichkeiten zukommen zu lassen. Bisher etablierten Trägerpolymere weisen eine hohe Steifigkeit auf und passen sich nicht den Anforderungen der auf ihnen kultivierten Zellen an. Neueste Forschungsergebnisse zeigen, dass steife Polymere zu irreversiblen Veränderung der physiologischen Eigenschaften der gezüchteten Zellen führen. Insbesondere Zellen, die aktiv mechanische Kräfte generieren, wie beispielsweise Herzmuskelzellen, sind in ihrer Funktion erheblich eingeschränkt, wenn die Elastizität der umgebenden Matrix stark von physiologischen Normwerten abweicht. Darüber hinaus werden beispielsweise auch adulte Stammzellen, an deren Verwendung besondere Hoffnungen geknüpft werden, nachteilig durch die Kultur auf steifen Polymeren beeinflusst.
Im Hinblick auf den Anspruch, solche Zellen für Zwecke der regenerativen Medizin zu kultivieren, oder unter physiologischen Bedingungen zu untersuchen, ist eine Kultur auf Substraten mit flexibler Oberfläche unerlässlich. Eine Kultur von Säugerzellen auf Hydrogelen aus Polyacrylamid (PAA) ist seit langem bekannt, die Elastizität der Matrix kann durch Variation des Mischungsverhältnisses von Acrylamid zu Bis-Acrylamid vor der Polymerisation in einem weiten Bereich von 0.01kPa (Fettgewebe) bis >150kPa (fibrotisches Muskelgewebe) reproduzierbar eingestellt werden. Obwohl PAA ein in vieler Hinsicht ausgezeichnetes Substrat darstellt wird es in der Praxis wenig genutzt, da die unmodifizierte Oberfläche des PAA Gels zunächst keinen direkten Zellbewuchs erlaubt. Erst durch die Verbindung mit Proteinen durch sogenannte Crosslinker wird es zu einem geeigneten Substrat für die Zellkultur.
Die bisher verfügbaren Crosslinker haben jedoch den Nachteil, dass die Immobilisierung der Proteinliganden irreversibel ist und nur mittels Proteasen, wie z.B. Trypsin, eine Ablösung der kultivierten Zellen vom Substrat erreicht werden kann. Dabei kommt es jedoch zu unerwünschten Veränderungen der Oberflächenproteine des gezüchteten Gewebes weil die verwendeten Proteasen nicht-selektiv Matrixproteine und Oberflächenrezeptoren der Zellen angreifen.

Ziel dieses Projektes ist es daher, Crosslinker zu synthetisieren, die in Kombination mit PAA-Gelen eine standardisierte Herstellung von elastischen Polymeren mit exzellenten optischen Eigenschaften, definierten Proteinliganden zur Zelladhäsion sowie definierter Substratsteifigkeit für die Zellkultur erlauben. Dabei wird eine Methode verfügbar, die durch Einführung von Sollbruchstellen eine Spaltung der Crosslinker durch biokompatible Induktoren ermöglichen und somit Kulturzellen ohne Proteasen kontrolliert vom Kultursubstrat befreit. Solch ein Stimulus könnte z.B. Licht einer bestimmten Wellenlänge sein und wäre eine Revolution gegenüber den herkömmlichen Enzymverfahren, die durch Verdau von Proteinen sehr viel stressreicher sind und die Zelloberfläche verändern.

Taros Geschäftsführer Dr Alexander Piechot, freut sich über den Projektzuschlag: "KOXA ist sehr interessantes und herausforderndes Forschungsprojekt, dessen Projektergebnisse zu einem signifikanten Qualitätssprung auf dem Gebiet der regenerativen Medizin führen können und die künftige Entwicklung von spezialisierten High-End Produkten für die Taros Chemicals eröffnen wird“.

22.09.2015 09:58

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