CardioPatch – Vaskularisierter, bioartifizieller Herzmuskel aus induziert pluripotenten Stammzellen

CardioPatch ist ein multidisziplinäres Projekt mit Partnern aus Chemie, Lasertechnologie und Lebenswissenschaften. Die Partner arbeiten an Strategien zur Herstellung von Blutgefäßsystemen für die Verwendung in künstlichem Herzmuskelgewebe.

Projektstart: 01.12.2019

Laufzeit: 3 Jahre

Förderung: Leitmarkt LifeSciences.NRW

Ziele und Produkte:
Herstellung von bioartifiziellem Herzmuskelgewebe.
Dieses soll aus induzierten pluripotenten Stammzellen entstehen und neben Herzmuskelzellen auch Blutgefäße zur Versorgung des Gewebes enthalten.

Stammzelltechnologien und die Herstellung bioartifizieller Gewebe (Tissue Engineering) stellen Schlüsseltechnologien bei der zukünftigen Behandlung zahlreicher volkswirtschaftlich besonders relevanter Erkrankungen dar. Hier sind kardiovaskuläre Erkrankungen an erster Stelle zu nennen.

Herzmuskelzellen aus induzierten pluripotenten Stammzellen im Zellkultur-Reaktor.
Herzmuskelzellen aus induzierten pluripotenten Stammzellen im Zellkultur-Reaktor.
© Rouven Gotthardt

Schon heute ist es möglich, Herzmuskelzellen in vitro aus humanen induziert-pluripotenten Stamm- (iPS) Zellen zu generieren; auch adressieren zahlreiche laufende Forschungsvorhaben das Ziel, kausale Behandlungsmethoden für kardiovaskuläre Erkrankungen zu entwickeln. Der Anwendung bioartifizieller Gewebe stehen generell jedoch noch einige entscheidende Hindernisse im Wege, allem voran das Fehlen einer funktionalen Blutgefäßstruktur, die für die Versorgung der Zellen bei Schichtdicken oberhalb weniger 100 μm unumgänglich ist.

Unsere Vision ist, einen völlig neuen Ansatz zur Herstellung künstlicher Blutgefäßstrukturen in bioartifiziellem Gewebe zu entwickeln.

Priv.-Doz. Dr. Kurt Pfannkuche, Koordinator des CardioPatch-Projektes

In einem ambitionierten, transdisziplinären Ansatz werden wir an der Lösung dieses Problems arbeiten, indem wir in einem kombinierten Bottom Up-/Top Down-Verfahren Blutgefäße lasertechnisch in photochemisch funktionalisierte, biokompatible Polymere einschreiben und mit vaskulären Zellen aus humanen iPS Zellen besiedeln. Auf diese Weise sollen künstliche Gefäßstrukturen in dreidimensionalen Zellkultursubstraten entstehen und mit Endothelzellen ausgekleidet werden. In weiteren Schritten wird das Verfahren mit Herzmuskelzellen aus iPS Zellen kombiniert, mit dem Ziel ein bioartifizielles Herzgewebe zu generieren.

Die Kompetenzen im Bereich der Chemiewissenschaften werden von der Taros Chemicals GmbH & Co. KG (Dortmund), sowie der Arbeitsgruppe um Prof. Dr. Annette Schmidt vom Department Chemie der Universität zu Köln beigetragen. Im Bereich der Lasertechnologie sind die LightFab GmbH (Aachen) und das Fraunhofer Institut für Lasertechnik ILT beteiligt (Aachen). Die Zellbiologische Komponente wird durch die Miltenyi Biotec B.V. & Co. KG (Bergisch Gladbach) sowie der Arbeitsgruppe um Priv.-Doz. Dr. Kurt Pfannkuche (Konsortialleitung) an der medizinischen Fakultät der Universität zu Köln beigetragen.

Koordination:

Uniklinik Köln

Projektpartner:

Priv.-Doz. Dr. Kurt Pfannkuche, Institut für Neurophysiologie & Abteilung für pädiatrische Kardiologie, Uniklinik Köln
www.cardiac-tissue-engineering.eu

Prof. Dr. Annette Schmidt, Department Chemie, Universität zu Köln

Taros Chemicals GmbH & Co. KG, Dortmund

LightFab GmbH, Aachen

Fraunhofer Institut für Lasertechnik ILT (Aachen)

Miltenyi Biotec B.V. & Co. KG (Bergisch Gladbach)

Kontakt:

Priv.-Doz. Dr. Kurt Pfannkuche

Kurt.Pfannkuche@uni-koeln.de

Vaskularisierung: Die Versorgung von Gewebe mit Blutgefäßen.

Tissue Engineering: Die künstliche Herstellung von Geweben. Dazu werden Zellen, Matrixmaterialien und ggf. Wachstumsfaktoren sowie geeignete Kulturumgebungen eingesetzt.

iPS-Zellen: Induziert pluripotente Stammzellen. Diese Zellen können von jeder Person gewonnen und im Labor unbegrenzt vermehrt werden. Aus iPS Zellen können im Labor verschiedene Zellen produziert werden. In diesem Projekt werden Herzmuskelzellen und Endothelzellen sowie weitere Zelltypen der Blutgefäße produziert und verwendet.