Biomedizintechnik für Diagnostik und Tissue Engineering

Tissue Engineering ist ein stark wachsender Sektor im Bereich der zukunftsorientierten Medizin und bietet ein enormes Potential, dem gerade in einer stark alternden Gesellschaft eine immer größer werdende Bedeutung zukommt. Unsere AG entwickelt hier DFG-finanziert eine bioartifizielle Gefäßprothese.

Im Bereich des Bioprinting und der Scaffold-Entwicklung beschäftigen wir uns sowohl mit der Entwicklung geeigneter Scaffolds für die bioartifizielle Gefäßprothese als auch mit Hydrogelen für die Bildung mikrovaskulärer Strukturen.

Im Bereich des 3D-Drucks arbeiten wir mit der Firma RegenHU (Basel, Schweiz) an einem R-Gen 200 Bioprinter (RegenHU) sowie mit dem Institut für mikroelektronische Systeme der LUH im eNIFE zusammen, um bestimmte Qualitätskriterien zu implementieren und Funktionen zu optimieren. Biodegradable Polymere werden als Scaffold-Material getestet und in hochaufgelösten Gitterstrukturen mittels Melt-Elektrowriting gedruckt (MEW). Der Druckprozess wird kann zur Herstellung von mikro- und makroskopisch definieren Strukturen, wie sie z. B. für die bioartifizielle Gefäßprothese benötigt werden, auf einem selbst entwickelten, rotierenden zylindrischen Druckbett durchgeführt werden. Die biohybriden Scaffolds umfassen ein Coating. Hier besteht eine Kooperation zu AG von Prof. Dr. M. Wilhelmi, MHH im NIFE mit Arbeiten an dezellularisierten Tierarterien und Fibrinsubstituten.

In einem weiteren Projekt werden vaskuläre Netzwerke z. B. auf mittels porogen leaching angefertigte porösen Scaffolds mittels einer Kokultur aus mesenchymalen Stammzellen und Endothelzellen (sog. HUVECS = human umbilical venous endothelial cells) generiert. Dieser Ansatz wird aktuell auf 3D-gedruckte Hydrogele übertragen, um ein universell einsetzbares System zu entwickeln, welches für unterschiedliche Ansätze im Tissue Engineering zur Versorgung von Gewebe mit klinisch relevanter Größe eingesetzt werden kann.

Das Verbund-Projekt unter Führung der AG Blume besteht mit der Hochschule Hannover, der MHH sowie den Firmen imosyn und nal van minden und wird aus Mitteln des Europäischen Fonds für Regionale Entwicklung (EFRE) und des Landes Niedersachsen gefördert. Es befasst sich mit dem Einsatz von HLA-spezifischen Streptameren zur Identifikation virusspezifischer Zellen als diagnostisches Mittel, insbesondere bei immunsupprimierten Patienten, sowie als Grundlage für eine individualisierte T-Zell-Therapie bei CMV- und Polyomavirusinfektion nach einer Transplantation. Den Hintergrund für das Projekt bildet die Tatsache, dass Nieren‑ sowie Stammzelltransplantationen meist eine eingreifendee Immunsuppression erfordern, die zwar Abstoßungsreaktionen verhindert, aber die Infektanfälligkeit deutlich erhöht. Eine Virusinfektion z. B. mit dem BK-Virus kann dabei z. B. eine Polyomavirus-nephropathie (PVAN) mit Einfluss auf die Transplantatfunktion oder eine Zystitis verursachen, während eine Reduktion der Immunsuppression das Risiko von Abstoßungsreaktionen oder graft-versus-host-disease steigert. Daher wird ein präventives Screening auf virusspezifische T-Zellen für ein Immunmonitoring dringend empfohlen. Im Projekt werden HLA‑I‑Streptamere genutzt, um nach durchgemachter Virusinfektion T‑Zellen zu detektieren und zu isolieren und ggf. eine T-Zell-Library anzulegen.

In einem anderen Projekt untersucht Frau Dr. Jonczyk gegen humane Leukozytenantigene (HLA) und Non-HLA eines Spenderorgans gerichtete spenderspezifische Antikörper mit Hilfe von Lebendzellarrays. Da sich eine Abstoßungsreaktion auch zu einem erheblichen Teil auf an der inneren Auskleidung von Blutgefäßen eines Organs, dem Endothel, abspielt, werden hierzu endotheliale Vorläuferzellen aus der Blutbahn verwendet.  Sie gelten im erweiterten Sinn als Teil des menschlichen Immunsystems und können immunisiert werden und abstoßungs-relevante Antikörper binden. Es wird ein Protokoll entwickelt, um Lebendzellarrays mit diesen Endothelzellen für ein Follow Up-Monitoring im Rahmen einer individualisierten Diagnostik zu kryoasservieren, zu lagern und qPCR sowie Antikörperdetektion an und auf den nativen Zellen zu optimieren. Um die Antikörperdetektion unter möglichst lebensnahen Bedingungen zu ermöglichen, soll der Assay in Kooperation mit Gesim und nal van minden um eine dynamische Mikroflusskammer ergänzt werden. In einem Subprojekt werden in T-Zell / Endothel-Zell-Kokulturen immunologische Reaktionen wie Zytokin-Sekretion mit dem HLA-mismatch korreliert.

Das Innofond-finanziertes Projekt MinDial im Bereich der Versorgungsforschung untersucht den Wert eines Risk-Scores für die Einschätzung des Risikos, einmal Dialysepatient zu werden. Nierenkranke Patienten wurden über ein Jahr in vier benachbarten Kliniken der Knappschaft (einem Gesundheitsanbieter, der gleichzeitig Versicherer ist) im Raum Essen-Bottrop rekrutiert und mit einem automatisierten Entlassmanagement versorgt. Jeder Knappschaftspatient, der dort aufgenommen wurde, wurde im Rahmen seines klinisch-stationären Aufenthalts gescreent. Patienten, die ein Risiko von 15 % oder höher für Dialyse in den nächsten 5 Jahren aufwiesen, wurden automatisch an einen Facharzt für Nephrologie überwiesen und dort weiter betreut. Die Effizienz dieser Maßnahme wird nach Abschluss des Follow Up derzeit im Projekt bewertet und kann – bei Erfolg – Eingang in die gängige und abrechenbare klinische Versorgungs-Praxis erhalten. Partner im Projekt sind - neben den Knappschaftskliniken und dem KfH-Nephrologen Prof. Dr. Hollenbeck - Prof. Binder an der Universität Freiburg (Evaluator) und das IMIBE (Institut für Medizinische Informatik, Biometrie und Epidemiologie) in Essen.