Zukunftsmusik. Synthetische Zellen sollen lebendig werden. Foto: Bernd Wüstneck/dpa
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Forschung in Potsdam Ersatz für die Hamsterzellen

Richard Rabensaat

Das Fraunhofer-Institut für Zelltherapie und Immunologie Potsdam forscht an einem Bioreaktor – für Potsdam ein Leuchtturmprojekt.

Am Anfang war ein Hamster in China. Das Tier war offensichtlich ein besonderes, wie der Wissenschaftler Theodore T. Puck im Jahre 1957 bei der Untersuchung der Zellen in seinem Labor an der University of Denver im US-Staat Colorado feststellte: Seine Zellen erwiesen sich als unsterblich. Bis heute dienen die sogenannten CHO-Zellen in fast allen Laboratorien und Produktionsanlagen, in denen therapeutische Proteine hergestellt werden, als Ausgangsmaterial für Medikamente, zum Beispiel in der Rheumatherapie. Wie man den Prozess effizienter und die Hamsterzellen letztlich sogar überflüssig machen kann, daran arbeiten Potsdamer Forscher des Fraunhofer-Instituts für Zelltherapie und Immunologie, Institutsteil Bioanalytik und Bioprozesse (Fraunhofer IZI-BB)  in Potsdam-Golm.

Neue Rheumatherapie dankbar

Für die Rheumatherapie etwa werden die Zellen aufgebrochen, toxische Elemente werden abgesondert. Am Ende des Prozesses steht das Heilmittel. „Aber bisher produzieren wir erst sehr geringe Mengen. Das ist für die Industrie uninteressant“, sagt Institutssprecher Pierre Tangermann. Ziel sei es, in Potsdam eine Apparatur zu entwickeln, mit der nicht nur „im Labormaßstab, sondern im Kilogrammmaßstab“ produziert werden könne.

Neue Perspektiven für Potsdamer Fraunhofer-Intsitut

Im Rahmen der vom Bundesforschungsministerium geförderten Initiative Biotechnologie 2020+ haben sich dabei auch für das Potsdamer Fraunhofer-Institut neue Perspektiven eröffnet. Seit zehn Jahren existiert die Initiative, mit dem die Biotechnologie durch eine Zusammenarbeit von wissenschaftlichen Forschungseinrichtungen unter Beteiligung von Universitäten und auch Wirtschaftsunternehmen vorangetrieben werden soll. „Die Initiative bringt Biologen, Informatiker und Ingenieure zusammen“, sagt Michael Bott, Wissenschaftler am Forschungszentrum Jülich, das an der Initiative beteiligt ist. „Wenn ein Biologe einen Zellstamm benötigt und entwickelt, so kann er das mit den eigenen Händen in kleinteiliger Laborarbeit machen oder er kann mit einem Ingenieur zusammenarbeiten und eine entsprechende Maschine entwickeln“, erklärt Bott. Mit einer Verbesserung der Zusammenarbeit werde eine industrielle Produktion von Wirkstoffen gefördert. Ziel des Fraunhofer Instituts ist im Rahmen von Biotechnologie 2020+ die „Zellfreie Bioproduktion – Biomoleküle vom Band“, so der Titel des Fraunhofer Forschungsprojektes. Dabei sind die Forscher in den vergangenen Jahren schon einige Schritte weiter gekommen: Was früher zwei Wochen dauerte, klappt heute in zwei Tagen – die Anpassung der besagten CHO-Zellen für die Produktion von Medikamenten. In Golm forschen die Wissenschaftler an sogenannten Antikörpern, die Patienten helfen können. Um die Medikamente herzustellen, müssen die Wissenschaftler Proteine – also Eiweiße – verändern. Bei Forschungsprozessen müssen Genome von Zellen für die Synthese von Proteinen, Enzymen und Peptiden angepasst werden. Die Zielproteine müssen in einem kostenintensiven Prozess gereinigt werden. Die Verfahren hierzu wurden in den vergangenen Jahren bereits verbessert und beschleunigt. Und es wird weiter geforscht. Das Ziel sind zellfreie synthetische Eiweiße, mit denen die Produktion noch einmal erheblich beschleunigt werden könnte.

Ein Leuchtturmprojekt für Potsdam

Auf der Jahrestagung von Biotechnologie 2020+ hat auch das Potsdamer Fraunhofer-Institut unlängst einen Teil seiner Forschungsergebnisse dargestellt. Es handele sich um eines von mehreren so bezeichneten „Leuchtturmprojekten“ von Biotechnologie 2020+ so Pierre Tangermann, Head of Marketing and Business Development Potsdam. Man habe erhebliche Fortschritte bei der Herstellung von Antikörpern erzielt, die nun mittels einer Spritze Rheumatikern injiziert werden könnten und den Krankheitsverlauf lindern.

Letztendliches Ziel ist die Erstellung eines modularen Bioreaktors für zellfreie Systeme. Denn durch die bisher verwendeten lebenden Zellen sind die Möglichkeiten zur Herstellung von Wirkstoffen im Gesundheitsbereich und in der Agrar-, Lebensmittel,- und Kosmetikindustrie begrenzt. Die Zellen müssen für die Synthese von Proteinen, Enzymen und komplexen Peptiden angepasst werden. Die Produktion sei zwar sehr leistungsfähig, aber durch Erfordernisse der lebenden Zellen limitiert, erklärt das Fraunhofer-Institut in einer Beschreibung des Projektes. Eine zellfreie Synthese würde hingegen viel weiterreichende Möglichkeiten bieten. Konkretes Ziel sei daher die „Entwicklung eines modular aufgebauten, aktiv steuerbaren Reaktors für die zellfreie Proteinsynthese“.

Wenn tote Materie lebendig wird

Eine aus Molekülen hergestellte synthetische Zelle soll dabei zum Leben erweckt werden. „Das sind langfristige Dimensionen. Aber letztendlich geht es ja um die Frage: Wann wird nicht lebendige Materie lebendig“, sagt Seraphine Wegner vom Max-Planck-Institut Mainz. Die Jahrestagung von Biotechnologie 2020+ stand am Ende des zehnjährigen Projektes. Ob und wie die Forschung weitergeht, hänge auch von der Akzeptanz der Forschung in der Öffentlichkeit statt, so die Forscher. Man müsse die eigene Arbeit verständlich vermitteln, erklärte einer der beteiligten Wissenschaftler.

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