Gewebe-Engineering für medizinische Zwecke

Marit Finne

Das amerikanische Unternehmen Organogenesis konzipiert, entwickelt und fertigt Produkte, die lebende Zellen und natürliches Bindegewebe enthalten. Spezielle Schwerpunkte des Unternehmens sind die Transplantation von lebendem Gewebe, Geräte zur Organunterstützung auf Zellenbasis und andere Produkte des Gewebe-Engineering. Das Produkt Apligraf (Abb. 1) ist in den USA und Kanada auf dem Markt. Weitere Produkte, die sich in der Forschungsphase befinden, sind unter anderem das Ersatzprodukt für lebende Weichteile Vitrix, eine biokünstliche Leber und ein Gefäßtransplantat.

Apligraf ist ein lebendes, absolut natürliches Produkt, das wie die menschliche Haut aus einer Epidermis und einer unteren Hautschicht besteht. Es enthält lebende menschliche Hautzellen – epidermale Keratinozyten und dermale Fibroplaste. Apligraf war das erste Massenprodukt, das lebende menschliche Zellen enthält und von der FDA (Food and Drug Administration) für den US-amerikanischen Markt freigegeben wurde. Das Produkt wurde im Juli 2000 zur Behandlung von diabetischen Fußgeschwüren eingeführt, von denen in den USA bis zu 800 000 Personen betroffen sind. Heilt die Wunde nicht schnell genug ab, kann eine Amputation notwendig werden, um lebensbedrohliche Infektionen zu verhindern. In den USA führt das zu rund 50 000 Amputationen pro Jahr. Mit Apligraf heilen die Wunden nachweislich besser und schneller. Das natürliche Produkt wird auch zur Behandlung venöser Beingeschwüre eingesetzt, einer weiteren sehr verbreiteten chronischen Wunde, deren Heilung mit den Standardbehandlungsmethoden sechs Monate oder länger dauern kann. Weitere Einsatzmöglichkeiten von Apligraf sind Hautoperationen, Verbrennungen, rissbildende Hautkrankheiten und sonstige Arten von chronischen Wunden.

Der Herzmuskel wird durch kleine Arterien an seiner Oberfläche versorgt. Diese Herzkranzarterien können jedoch durch Arterioskleroseherde verstopfen, so dass eine Bypass-Transplantation erforderlich ist, um die Durchblutung wieder herzustellen. Obwohl dies heutzutage ein Routineeingriff ist, steht und fällt er mit der Verfügbarkeit von geeignetem Transplantatmaterial. Organogenesis entwickelt ein Gefäßtransplantat für Herzkranzarterien-Bypassoperationen. Ziel ist es, ein aus Zellen bestehendes Blutgefäß in den Körper zu implantieren, doch der Einschluss von Zellen in das Produkt ist problematisch. Bei Verwendung der eigenen Zellen des Patienten ist die sofortige Produktverfügbarkeit nicht gewährleistet, was bei Herzoperationen sehr wichtig ist, während die Verwendung fremder Zellen zur Abstoßung führt. Daher enthält der von Organogenesis entwickelte Gefäßtransplantat-Prototyp keine Zellen. Er ist stattdessen so konzipiert, dass sich die eigenen Zellen des Patienten darin ansiedeln, nachdem er implantiert ist.

Ein weiteres wichtiges Forschungsziel ist es bei der Behandlung von Lebererkrankungen, Wege zur Unterstützung der Leberfunktion zu finden, um die Zeit bis zu einer möglichen Transplantation zu überbrücken oder diese sogar zu ersetzen. Organogenesis geht davon aus, dass der Schlüssel zu einem wirksamen leberunterstützenden Gerät darin besteht, gesunde, hochfunktionsfähige Leberzellen zu erzeugen. Das Gerät zur Leberunterstützung wird zurzeit eingehend erforscht.

Ein erfolgreiches Gewebe-Engineering erfordert eine vollständige Kontrolle der verschiedenen Produktionsstufen. Die Bedingungen in den Klimakammern und Inkubatoren müssen präzise gesteuert und optimiert werden. Daher müssen auch die Messgeräte zur Steuerung dieser Umgebungen extrem hohe Anforderungen erfüllen. Dies gilt für die Messgenauigkeit, die Stabilität sowie die Installation, Bedienung und Wartung. Eine präzise Feuchtesteuerung ist zum Beispiel von entscheidender Bedeutung. Daher hat sich Organogenesis für die mikroprozessorgesteuerten Feuchte-, Taupunkt- und Temperaturmesswertgeber HMP233 (Abb. 2) von Vaisala entschieden, die direkt in den unter Verschluss stattfindenden Prozessen einsetzbar sind. Der Messbereich reicht von 0 bis 100 %rF bei einer Genauigkeit von bis zu 1 %rF. Die Messwertgeber werden im Unternehmen in feuchten und trockenen Umgebungen sowie bei hohen und niedrigen Temperaturen eingesetzt. Dank der analogen Signalausgänge sind die Messwertgeber in der Lage, konstante Überwachungen durchzuführen. Mit den Messwertgebern HMP233 lassen sich auch Kalibriernormale für das HVAC-System erstellen. Um die Messgenauigkeit von Feuchtemessgeräten zu gewährleisten, ist es selbst bei sehr stabilen Instrumenten äußerst wichtig, die Funktion regelmäßig mit einem Sollwert abzugleichen. Organogenesis verwendet dazu den Feuchtekalibrator von Vaisala. Für die Inkubatoren setzt das Unternehmen einen CO2-Messwertgeber der Serie GMT220 (Abb. 3) ein. Dieser ist zur Messung von Kohlendioxid in rauen und feuchten Umgebungen ausgelegt.

Der Messbereich des GMT220 reicht von 0…2000 ppm bis 0…20% bei einer Genauigkeit von ±0,02% beziehungsweise ±20 ppm. Die Geräte der Serie HMP230 und GMT220 haben staub- und wasserdichte Gehäuse gemäß IP65. Dies verleiht ihnen Beständigkeit auch in anspruchsvollen Umgebungen und erleichtert das Reinigen der Kammern.