Unser Ansatz
Wir arbeiten seit 1995 erfolgreich auf dem Forschungsgebiet Tissue Engineering. Die stetig zunehmenden Erkenntnisse aus der Grundlagenforschung und eigene Forschungsarbeiten führen zu einer anhaltenden Modifikation und Verbesserung unserer Herstellungsverfahren und Produkte für die Angewandte Forschung und den klinischen Einsatz. Wir sind davon überzeugt, dass sich funktionelle bioartifizielle Gewebe mit identischen Eigenschaften wie die natürlichen Organgewebe nur durch die Co-Cultur (=gleichzeitige Anzüchtung) mehrer Zelltypen generieren lassen. Dieser Anspruch führt bei der Umsetzung zu sehr komplexen und technisch aufwendigen Herstellungsverfahren, die nur in Kooperation von zahlreichen Spezialisten aus den Natur- und Ingineurwissenschaften unterschiedlicher Fachgebiete realisierbar sind.
Komplexe Gewebe
Organe sind aus unterschiedlichen Geweben, und Gewebe aus mehreren Zelltypen aufgebaut. Die verschiedenen Zelltypen in einem Gewebe tragen alle zu den spezifischen Gewebefunktionen und –Eigenschaften bei. Ein bioartifizielles Gewebe lässt sich nicht auf einen einzelnen Zelltyp reduzieren, weil die Funktion der einzelnen Zellen von den Zellen aus ihrer Umgebung und der von diesen Zellen hergestellten extrazellulären Matrix beeinflusst wird (Mikroenvironment). Um funktionelle, das heisst in ihren morphologischen und biochemischen Eigenschaften den natürlichen Geweben entsprechende, bioartifizielle Gewebe herstellen zu können, ist es zunächst erforderlich, die Wechselwirkungen zwischen den unterschiedlichen Zelltypen eines Gewebes zu identifizieren. Beim Tissue Engineering werden dann die Zellkultur- und Züchtungsbedingungen so angepasst, um optimale Kultivierungsbedingungen zu erreichen und das Zellwachstum und die Zell- und Gewebedifferenzierung zu fördern. Dies geschieht unter anderem durch die Co-Kultivierung mehrerer an der Gewebebildung beteiligter Zelltypen.
Da die verschiedenen verwendeten Zelltypen oft unterschiedliche Kultivierungsbedingungen erfordern, um ausserhalb eines Körpers zu überleben und zu wachsen, wird durch die Verwendung mehrerer Zelltypen zur Generierung eines bioartifziellen Gewebes die Gewebeherstellung sehr komplex, weshalb die Entwicklung von neuen Test- und Therapieverfahren zwischen 2 und 5 Jahren in Anspruch nimmt:
- Für jedes Gewebe muss eine optimierte Trägerstruktur (Matrix) entwickelt werden.
- Diese Matrix muss für alle verwendeten Zelltypen geeignet sein.
- Die unterschiedlichen Zellarten müssen in Abhängigkeit von ihren Bedürfnissen entweder zeitgleich (synchron) und nacheinander (metachron) auf die Trägerstruktur aufgebracht werden.
- Gelegentlich müssen die unterschiedlichen Zelltypen in einem bioartifiziellen Gewebe gleichzeitig mit unterschiedlichen Nährlösungen (Kulturmedien) versorgt werden.
Interdisziplinärer Ansatz
In der Grundlagenforschung erweitern Biologen, Biochemiker und Mediziner kontinuierlich unser Verständnis über Zell- und Gewebefunktionen. Diese Erkenntnisse werden bei der Gewebeherstellung dann mit Unterstützung von Verfahrenstechnikern, Physikern und Kybernetikern in immer komplexeren Kultivierungs- und Herstellungsverfahren umgesetzt.
Aufgrund der daraus resultierenden hohen technischen und personellen Anforderungen für die Zell- und Gewebekultivierung wird der „Try-and-Error“-Ansatz der Gründertage des Tissue Engineering bei der Verfahrensentwicklung zunehmend durch virtuelle Kultivierungsmodelle (Simulation) ergänzt, die in Kooperation mit Informatikern entwickelt werden.
Nur so ist es uns möglich, bestehende Gewebe-
Gleichzeitig arbeiten Verfahrenstechniker und Informatiker an der Standardisierung und Automatisierung der verwendeten Verfahren, um die Verfahren der angewandten Forschung und der Industrie zugänglich zu machen.