Massenproduktion von konstruierten Orgeln

Die bioartifizielle Niere ist eines der vielversprechendsten Beispiele für ein biotechnologisch hergestelltes Medizinprodukt. Das innovative, externe Gerät leitet Blut durch eine Patrone mit menschlichen Nierenzellen. In frühen klinischen Studien wurde gezeigt, dass es das Überleben der Patienten einen Monat nach der Behandlung besser verbessert als die alleinige Dialyse. Wissenschaftler stehen nun jedoch vor einer Herausforderung, die so groß sein kann wie die Entwicklung des Geräts selbst: Aus einer erfolgreichen akademischen Erfindung ein medizinisches Massenprodukt zu machen.

Die Frage ist: Wie verwandelt man 100 gespendete Nieren in 100.000 Geräte? sagt David Humes , Internist an der University of Michigan in Ann Arbor und Erfinder des Geräts. Sie müssen die Zellen isolieren, erweitern und sicherstellen, dass sie dabei nicht an Wirksamkeit verloren haben.

Im Gegensatz zu niedermolekularen Medikamenten oder mechanischen Geräten wie Herzschrittmachern verhalten sich Zellen auf unvorhersehbare Weise. Das macht es schwierig, zuverlässige Methoden zu entwickeln, um große Mengen eines bestimmten Zelltyps zu züchten. Experten sagen, dass sich dieses Problem als ernsthafte Hürde für die Entwicklung zellbasierter Behandlungen erweist. Trotz der enormen Nachfrage nach Ersatzorganen haben es nur wenige Unternehmen geschafft, gewebebasierte Therapien für den Markt zu produzieren. Und das Problem wird wahrscheinlich zunehmen, da immer mehr Unternehmen versuchen, diese Therapien zu kommerzialisieren.

In den Vereinigten Staaten haben 400.000 Menschen chronische Nierenprobleme, die eine wöchentliche Dialyse erfordern, und 120.000 leiden an akutem Nierenversagen, bei dem die Nierenfunktion durch Giftstoffe oder Infektionen beeinträchtigt wird. Die Dialyse verlängert das Leben dieser Patienten, aber sie ist keine Heilung: Die Lebenserwartung der meisten Patienten beträgt nur fünf Jahre.

Herkömmliche Dialyse filtert und entfernt Stoffwechselabfälle aus dem Blut und führt dann gereinigtes Blut zum Patienten zurück. Die künstliche Niere von Humes, auch als Nierenunterstützungssystem bekannt, fügt diesem Prozess einen zusätzlichen Schritt hinzu, indem sie Blut und Filtrat durch eine Patrone mit menschlichen Nierenzellen leitet. Humes vermutet, dass diese Zellen einige der nicht reinigenden Funktionen der Niere erfüllen, wie z. B. die Regulierung von Entzündungen und Stoffwechselprozessen, indem sie wichtige Chemikalien in das Blut absondern.

Um bioartifizielle Nieren herzustellen, züchten Wissenschaftler Zellen, die nicht für eine Transplantation geeigneten Spendernieren entnommen wurden, und stecken sie dann in ein speziell entwickeltes Filterröhrchen. Da das fertige Produkt lebende Zellen enthält, wird es wie ein Organ zur Transplantation behandelt, das in einem temperaturkontrollierten Koffer per Hubschrauber ins aufnehmende Krankenhaus geflogen wird. Humes gründete eine Firma, heute bekannt als RenaMed , um das Gerät zu vermarkten, das noch nicht von der Food and Drug Administration zugelassen wurde.

Frühe klinische Studien mit dem Gerät zeigen, dass es die Gesundheit von Patienten mit akutem Nierenversagen dramatisch verbessern kann. Laut den Ergebnissen einer im letzten Jahr veröffentlichten Studie zeigten Patienten, die mit dem Gerät behandelt wurden, 28 Tage nach der Behandlung eine um 70 Prozent verbesserte Überlebensrate. (Wissenschaftler von RenaMed analysieren derzeit Zwischenergebnisse einer nachfolgenden Studie.)

Die in diesen Versuchen verwendeten Geräte wurden jedoch mit einem Herstellungsverfahren hergestellt, das nur für das Züchten kleiner Zellchargen geeignet ist. Um die größeren klinischen Studien durchzuführen, die für die Zulassung durch die FDA erforderlich sind, und um bedürftige Patienten zu versorgen, wenn das Gerät zugelassen wird, muss RenaMed einen Weg finden, das Gerät in viel größerem Maßstab herzustellen und zu liefern.

Bei der Züchtung von Zellen für Therapien müssen Wissenschaftler ein robustes Protokoll erstellen, das die Zielzelle zuverlässig produziert, sowie Maßnahmen zur Qualitätskontrolle, um den Prozess auf Kurs zu halten. Leute in akademischen Labors entwickeln Techniken, die auf ihrem eigenen grünen Daumen an der Bank basieren, sagt Michael Lysaght , einem Gewebeingenieur an der Brown University in Providence, RI. Aber es gibt eine ganz andere Kultur, wenn es darum geht, Dinge für die FDA zu produzieren. Jeder Schritt muss verstanden und sehr gut dokumentiert und von jedem ausgeführt werden können. Darüber hinaus seien die von der FDA vorgeschriebenen Sicherheits- und Reproduzierbarkeitstests viel strenger als die für klinische Pilotversuche.

Sowohl Humes als auch Lysaght vergleichen das Problem mit dem, mit dem Forscher vor zwanzig Jahren konfrontiert waren, die mit rekombinanten Proteinen wie Humaninsulin arbeiteten. Wissenschaftler konnten die Proteine ​​erfolgreich im Labor herstellen, aber es dauerte mehrere Jahre, um herauszufinden, wie man diesen Prozess für eine breite medizinische Anwendung skalieren kann. Lysaght ist zuversichtlich, dass dies auch für Tissue-Engineering-Produkte gelten wird, sobald die Menschen das Ausmaß des Problems erkennen.

Wenn RenaMed die Hürde nehmen kann, kann es möglicherweise wegweisend für andere biotechnologische Geräte sein. Wenn es jemals ein blondes Kind im Tissue Engineering gegeben hat, dann dieses Gerät, sagt Lysaght. Alle hoffen auf einen großen Erfolg.

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