Automatisierte Herstellung von Zelltherapeutika für die Behandlung von Osteoarthritis

Automatisiert gesteuerte 6-Achs-Roboter transportieren Zellen und Materialien innerhalb der Anlagen. Mit den speziell geformten Greifern können Objekte verschiedener Formen und Größen bewegt werden. (© Fraunhofer IPT)

In den Bioreaktoren werden die Zellen um ein Vielfaches vermehrt. Sie werden entnommen, sobald die gewünschte Zellzahl erreicht ist. Die Kontrolle von Temperatur und Gaszusammensetzung, die Zählung der Zellen als auch die Entnahme laufen vollständig automatisiert ab. (© Fraunhofer IPT)

Osteoarthritis und andere schwere Krankheiten können in Zukunft erfolgreich durch Zelltherapeutika behandelt werden, wenn es gelingt, die Ausgangsmaterialien für die neuen Medikamente und Wirkstoffe in großem Maßstab kostengünstig zu produzieren. Zu diesem Zweck entwickelt ein internationales Forscherteam im EU-Projekt »AutoCRAT« in den kommenden vier Jahren eine vollautomatisierte Fertigungsplattform, mit der sich Knorpel- und Stammzellen für die Arthritisbehandlung industriell herstellen lassen. Die Europäische Union fördert das vielversprechende Forschungsprojekt unter Leitung der irischen Nationaluniversität NUI Galway mit einer Fördersumme von 7,45 Millionen Euro; das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT aus Aachen ist als zentraler Partner verantwortlich für die Umsetzung und Weiterentwicklung der Anlagentechnik.

Für die Herstellung der Zellen setzen die Projektpartner auf vollautomatische roboterunterstützte Laborsysteme. Dadurch soll gewährleistet werden, dass die Wirkstoffe aus den Zellprodukten kostengünstig und in gleichbleibender Qualität ohne aufwändige manuelle Laborprozesse gewonnen werden können. Die Therapeutika basieren auf aus Stammzellen abgeleiteten Proteinen, RNA und biologischen Nanopartikeln, sogenannten extrazellulären Vesikeln, die sich in der Behandlung von Osteoarthritis bereits als wirksam erwiesen haben. Die AutoCRAT-Fabrik beschleunigt die Entwicklung und erhöht die Verfügbarkeit der daraus gewonnenen Zelltherapeutika, sodass diese den chronisch kranken Patienten schneller und zu geringeren Kosten bereitgestellt werden können.

Schon heute werden Zelltherapien für ein breites Spektrum von Erkrankungen getestet, darunter degenerative Krankheiten, Immun- und Entzündungsreaktionen, aber auch Krebs. Je nach Behandlungsansatz kommen dabei verschiedene Zelltypen zum Einsatz: von Stammzellen über adulte Zellen aus eigenem Gewebe des Patienten bis zu Zellen des Immunsystems. Der Verwendung lebender Zellen als Arzneimittel gehen jedoch komplexe Produktionsprozesse voraus. Ihre Herstellungsprozesse sind zurzeit noch relativ ineffizient und können nur von hoch qualifizierten Biotechnologen in Reinraumumgebungen ausgeführt werden. Klinische Studien zeigen zwar mehr und mehr leistungsfähige Behandlungsmöglichkeiten für Patienten, doch würde die Verfügbarkeit der Therapeutika ohne den Einsatz von Laborautomatisierung hinter der künftigen hohen Nachfrage zurückbleiben.

Indem sie die bisher weitgehend manuellen Laborprozesse vollständig automatisieren, wollen die Forschungspartner im Projekt AutoCRAT den therapeutischen Einsatz von Stammzellen erleichtern: Das Projekt konzentriert sich zunächst auf die Entwicklung einer wirksamen Behandlung von Osteoarthritis, wird aber damit auch eine Grundlage für weitere zellbasierte Therapien schaffen.

Das internationale Forschungsprojekt wird von der irischen Nationaluniversität NUI Galway geleitet. NUI Galway und das Fraunhofer IPT können bereits gemeinsame Erfolge im kürzlich abgeschlossenen EU-Projekt »AUTOSTEM« vorweisen: In einem interdisziplinären Konsortium mit Medizinern, Biotechnologen und Produktionstechnikern haben sie eine erste vollautomatische und geschlossene Roboterplattform zur Herstellung von Zellprodukten entwickelt. Das AUTOSTEM-Konzept wird nun weiter ausgebaut, um eine breitere Palette an Zelltypen und abgeleiteten Produkten herstellen zu können. Das AutoCRAT-System wird sowohl über eine automatisierte Dekontamination als auch über eine Qualitätskontrolle verfügen und ermöglicht so eine End-to-End-Automatisierung des Produktionsprozesses.

Aufgaben der Partner im Konsortium

- National University of Ireland, Galway, in Dublin leitet als Konsortialführer das Projekt AutoCRAT.
- Das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT aus Aachen entwickelt die Anlagentechnik für das Projekt und bringt seine Expertise in der Laborautomatisierung ein.
- Valitacell Ltd (VC) mit Sitz in Dublin entwickelt automatisierte Qualitätskontrolltests für die Produktionsplattform.
- Die Universität Göteborg und das Medizinische Zentrum der Universität Leiden entwickeln und testen gemeinsam mit REMEDI die neuen Arthritis-Therapien.
- Das Universitätsklinikum Essen und die Universität Genua entwickeln. Methoden, um zellfreie therapeutische Produkte aus extrazellulären Vesikeln in der automatisierten Anlage herzustellen.
- Die niederländische Panaxea BV bestimmt die Kosten für die Herstellung und Lieferung der entwickelten Therapien und bewertet den Nutzen einer wirksamen Zelltherapie für Osteoarthritis für Patienten und ihre Familien sowie für die europäische und weltweite Wirtschaft.
- Pintail Ltd. aus Irland unterstützt die Leitung und Verwaltung des Projekts und stellt die Verbreitung der Projektergebnisse sicher.

Das Projekt wurde im Rahmen der Finanzhilfevereinbarung Nr. 874671 aus dem Forschungs- und Innovationsprogramm Horizon 2020 der Europäischen Union finanziert.

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