Produktion von bioartifiziellen Mikrotransplantaten fur die Diabetestherapie durch eine neuartige mikrofluidische Anlage

摘要

Diabetes ist eine der haufigsten Krankheiten in Industrielandern. Viele der Symptome konnen durch die externe Gabe des fehlenden Hormons Insulin bekampft werden, jedoch ist die Feinregulation des Glukosespiegels dadurch nicht zu erreichen. Dies kann lediglich durch die Transplantation funktionalen Gewebes aus der Pankreas, Insulin produzierende Langerhanssche Inseln, erzielt werden, die jedoch in einem immunkompetenten Organismus vom Immunsystem angegriffen werden. Die immunsupprimierende Therapie, die dafur notwenig ware, schrankt die Lebensqualitat der Patienten stark ein, so dass auf die Transplantation Langerhansscher Inseln nur zuruckgegriffen wird wenn aus anderen Grunden (z.B. Nierenversagen) eine weitere Transplantation ansteht. Die Verkapselung in eine biokompatible Matrix, z.B. ultra hoch viskose Alginate, wurde das Dilemma losen. Die Alginatmatrix verhindert den Kontakt mit dem Immunsystem und lasst gleichzeitig Nahrstoffe und Hormone durch. Seit der ersten Verkapselung Langerhansscher Inseln durch Lim und Sun (1980) [1] wurden zahlreiche Verbesserungen und Untersuchungen durchgefuhrt um das Kapselmaterial zu optimieren im Hinblick auf Biokompatibilitat, Langzeitstabilitat und, aus neueren Arbeiten, GMP konforme Produktion [2]. Die Klasse der ultra hoch viskosen Alginate konnte durch ihre besonderen Eigenschaften deutlich von kommerziell erhaltlichen nieder viskosen Alginaten abgesetzt werden [3] und ihre Eignung fur die Langzeittransplantation wurde bereits in ersten Tierversuchen bestatigt [4]. Zur Kapselproduktion mit Alginaten sind zwei Schritte notwendig: zum einen die Kompartimentierung der hoch viskosen Alginat-Zellsuspension und zum anderen die Gelierung des loslichen Natriumalginates durch die Zugabe zweiwertiger Kationen. Zurzeit gibt es verschiedene Techniken kleinste Tropfen (20 - 50nl) in ausreichender Zahl herzustellen, z.B. durch Verspruhen, Vibration oder Jet-cutting, wobei die entstehenden Tropfen in ein Polymerisationsbad fallen. Da diese Techniken jedoch alle in einem offenen System stattfinden, sind sie anfallig fur Kontamination und externe Storquellen. Eine Kapselproduktion in einem geschlossenen System weist derartige Nachteile nicht auf. Zu diesem Zweck wurde eine neuartige mikrofluidische Verkapselungsanlage entwickelt, deren Kernstuck ein Mikrochip ist, der eine Kompartimentierung von hochviskosem Alginat erlaubt [5]. Verschiedene Zellen aus unterschiedlichen Geweben lassen sich mit der neuen Verkapselungsanlage problemlos in Alginatkapseln einschliessen. Die Vitalitat und Funktionalitat von z.B. Fibroblasten, Langerhansschen Inseln (Ratte) oder kunstlichen Langerhansschen Inseln aus einer β-Zelllinie blieb dabei erhalten. Die Kapseln selbst weisen eine ahnliche Verteilung gebundenen Wassers und freier Bindungsstellen fur zweiwertige Kationen auf wie herkommliche, mit Spruhtechnik hergestellte Kapseln, was daraufhin deutet, dass sie eine vergleichbare Langzeitstabilitat und -funktionalitat nach der Transplantation aufweisen wie konventionell hergestellte Kapseln. Durch die Verlagerung der Kapselproduktion in ein geschlossenes System ist die Produktion von Mikrotransplantaten fur Diabetiker einen entscheidenden Schritt weiter in die Richtung zur klinischen Anwendung geruckt.