Zellkulturbeutel statt Petrischale

Bluttransfusionen, schwere Verbrennungen, Stammzellentherapien oder auch Knochenmarkstransplantationen. Immer mehr setzen Ärzte hierbei auf Zelltherapien, bei denen die Zellen vom Patienten selbst stammen. Keines der herkömmlichen Verfahren zur Kultivierung von Zellen ist derzeit optimal. Abhilfe soll nun das so genannte plasmatechnische Verfahren bei Atmosphärendruck leisten.

Betrachtet man die neusten Forschungsergebnisse des Verbundprojektes InnoSurf, so gehören Petrischale und alle bisher gängigen Gefäße (Flaschen, Bioreaktoren) zukünftig der Vergangenheit an; zumindest wenn es um die Kultivierung von Zellen geht. Grund ist die Entwicklung neuartiger Kunststoffoberflächen und Messverfahren zur effizienten Gewinnung von humanen Zellen. Die Idee dabei ist, einfache Plastikbeutel so zu verändern, dass in ihnen menschliche Zellkulturen angelegt und über einen längeren Zeitraum konserviert werden können.

Hierzu haben Vertreter von Wissenschaft und Industrie ein so genanntes plasmatechnisches Verfahren bei Atmosphärendruck (es bedarf keines speziellen Luftdrucks, der unter Laborbedingungen erzeugt werden muss) entwickelt. Dabei werden die Innenwände des Plastikbeutels so präpariert, dass sich auf ihnen Zellen absetzen und im weiteren Verlauf auch vermehren können. Dazu werden die Beutel mit einem spezifischen Gasgemisch gefüllt und anschließend unter elektrische Spannung gesetzt. Im inneren des Beutels entsteht nun für kurze Zeit ein leuchtendes, ionisiertes Gas (Plasma), das die Innenwände chemisch verändert, wobei der Beutel aufgrund des Plasmas steril bleibt. Die Voraussetzungen für eine optimale Kultivierung der Zellen sind hiermit geschaffen.

Nun werden die jeweiligen Zellen über eine Kanüle oder ein entsprechendes Schlauchsystem in den geschlossenen Beutel geleitet. Da die Zellen hierbei mit der Außenwelt nicht in Kontakt kommen, kann es auch zu keiner Verunreinigung kommen. Sowohl Beutel als auch Zellmaterial bleiben steril. Das bleibt auch während des gesamten Kultivierungsprozesses und während der abschließenden Entnahme des Zellmaterials mithilfe einer Injektionsnadel so. Der Inhalt des Zellbeutels muss also zu keiner Zeit geöffnet und der keimbehafteten Umwelt ausgesetzt werden.

Die Vorteile des Verfahrens liegen auf der Hand: es gewährleistet Keimfreiheit, ist kostengünstig, wenig zeitintensiv und sehr flexibel, da der gesamte Prozess unter Atmosphärendruck stattfindet. Im Vergleich zu den bisherigen Vorgehensweisen lassen sich hierbei die Zellen über einen längeren Zeitraum kultivieren.

Es ist der Umstand, dass die Behandlung mit lebendem Zellmaterial in der Medizin einen immer höheren Stellenwert erfährt, der einem solchen Verfahren im medizinischen Bereich eine große Bedeutung zukommen lässt. Man denke nur an Bluttransfusionen, schwere Verbrennungen, Stammzellentherapien oder auch Knochenmarkstransplantationen. Immer mehr setzen Ärzte hierbei auf Zelltherapien, bei denen die Zellen vom Patienten selbst stammen. Die eigenen Zellen werden vom Körper nicht abgestoßen. Die bisherigen Probleme, die bei den aktuellen Verfahren einer Zelltherapie – der Lagerung, Züchtung, Vermehrung oder Manipulation von Zellen – auftraten, scheinen durch das plasmatechnische Verfahren bei Atmosphärendruck behoben.

Fazit: Sollte sich das oben beschriebene Verfahren in der Medizin durchsetzen, so ersetzen in Zukunft die Zellkulturbeutel wohl die heutigen Petrischalen.

Ausblick: Derzeit finden Überlegungen statt, dass das oben beschriebene Verfahren evtl. bei der Entstehung künstlicher Organe eingesetzt werden soll. Dazu müsste man die Zellkulturbeutel mit einer dreidimensionalen Struktur ausstatten, auf der sich die Zellen ansiedeln und im weiteren Verlauf künstliche Haut, Nerven, Knorpel oder Knochen bilden könnten. Allerdings muss erst noch untersucht werden, auf welchem Material sich Stammzellen tatsächlich ansiedeln lassen und dann auch Knochen oder Knorpel entwickeln.