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

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Diabetes ist eine der häufigsten Krankheiten in Industrieländern. Viele der Symptome können durch die externe Gabe des fehlenden Hormons Insulin bekämpft 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 dafür notwenig wäre, schränkt die Lebensqualität der Patienten stark ein, so dass auf die Transplantation Langerhansscher Inseln nur zurückgegriffen wird wenn aus anderen Gründen (z.B. Nierenversagen) eine weitere Transplantation ansteht. Die Verkapselung in eine biokompatible Matrix, z.B. ultra hoch viskose Alginate, würde das Dilemma lösen. Die Alginatmatrix verhindert den Kontakt mit dem Immunsystem und lässt gleichzeitig Nährstoffe und Hormone durch. Seit der ersten Verkapselung Langerhansscher Inseln durch Lim und Sun (1980) wurden zahlreiche Verbesserungen und Untersuchungen durchgeführt um das Kapselmaterial zu optimieren im Hinblick auf Biokompatibilität, Langzeitstabilität und, aus neueren Arbeiten, GMP konforme Produktion. Die Klasse der ultra hoch viskosen Alginate konnte durch ihre besonderen Eigenschaften deutlich von kommerziell erhältlichen nieder viskosen Alginaten abgesetzt werden und ihre Eignung für die Langzeittransplantation wurde bereits in ersten Tierversuchen bestätigt. Zur Kapselproduktion mit Alginaten sind zwei Schritte notwendig: zum einen die Kompartimentierung der hoch viskosen Alginat-Zellsuspension und zum anderen die Gelierung des löslichen Natriumalginates durch die Zugabe zweiwertiger Kationen. Zurzeit gibt es verschiedene Techniken kleinste Tropfen (20 – 50nl) in ausreichender Zahl herzustellen, z.B. durch Versprühen, Vibration oder Jet-cutting, wobei die entstehenden Tropfen in ein Polymerisationsbad fallen. Da diese Techniken jedoch alle in einem offenen System stattfinden, sind sie anfällig für Kontamination und externe Störquellen. Eine Kapselproduktion in einem geschlossenen System weist derartige Nachteile nicht auf. Zu diesem Zweck wurde eine neuartige mikrofluidische Verkapselungsanlage entwickelt, deren Kernstück ein Mikrochip ist, der eine Kompartimentierung von hochviskosem Alginat erlaubt. Verschiedene Zellen aus unterschiedlichen Geweben lassen sich mit der neuen Verkapselungsanlage problemlos in Alginatkapseln einschließen. Die Vitalität und Funktionalität von z.B. Fibroblasten, Langerhansschen Inseln (Ratte) oder künstlichen Langerhansschen Inseln aus einer β-Zelllinie blieb dabei erhalten. Die Kapseln selbst weisen eine ähnliche Verteilung gebundenen Wassers und freier Bindungsstellen für zweiwertige Kationen auf wie herkömmliche, mit Sprühtechnik hergestellte Kapseln, was daraufhin deutet, dass sie eine vergleichbare Langzeitstabilität und –funktionalität nach der Transplantation aufweisen wie konventionell hergestellte Kapseln. Durch die Verlagerung der Kapselproduktion in ein geschlossenes System ist die Produktion von Mikrotransplantaten für Diabetiker einen entscheidenden Schritt weiter in die Richtung zur klinischen Anwendung gerückt.