StemCellFactory II

In der 2. Projektphase (06/2014 - 12/2015) wurde das StemCellFactory Projekt hinsichtlich bioreaktorbasierter 3D-Zellkulturverfahren für die Generierung und Ausreifung stammzell- abgeleiteter neuronaler und kardialer Zellen weiterentwickelt. Während der 18-monatigen Projektphase wurde ein bioreaktorbasierter Prozess zur standardisierten Generierung und Langzeitdifferenzierung (8 - 10 Wochen) von hirn- und herzgewebeähnlichen 3D-Kulturen entwickelt. Vergleichende Genexpressionsanalysen von neuralen Stammzellen (lt NES, Koch et al., 2009), die unterkonventionellen 2D- und 3D-Zellkulturbedingungen neuronal differenziert wurden, zeigten, dass letztere dem Genexpressionsprofil vollausgereifter Neurone näher kommen.

Die im Projekt entwickelten Methoden bieten die Möglichkeit, dreidimensionale Zellmodelle unter skalierbaren Bedingungen zu generieren, die aufgrund ihrer Komplexität und ihres Reifegrads eine in vivo-ähnliche Physiologie aufweisen. Diese stellen eine attraktive zelluläre Ressource für die Krankheitsforschung und Wirkstoffentwicklung dar.

Um die technischen und biologischen Grundlagen für die automatisierte Generierung und Modifikation zellulärer Krankheitsmodelle auf der StemmCellFactory-Anlage zu etablieren, wurde ein automatisierbarer Prozessablauf für das DNA-basierte CRISPR/Cas Genome Editing Verfahren entwickelt. Neben der Implementierung und technischen Validierung dafür notwendiger neuer Hardwaremodule auf der Liquid Handling Einheit, wurden die notwendigen Liquid Handling- Prozesse zur Umsetzung des automatisierten Genome Editing-Protokolls programmiert. Die Integration eines Hardware Moduls zur Transfektion von iPS Zellen stellt den notwendigen nächsten Schritt bei der Implementierung des automatisierten CRISPR/Cas Genome Editing auf der StemCellFactory-Anlage dar.

Darüber hinaus fanden im Rahmen der produktionsintegrierten Qualitätskontrolle Weiterentwicklungen des in der Anlage implementierten Mikroskops und Plate Readers statt. Ziel war es, eine durchgängige und automatisierte Qualitätskontrolle der Zellkulturen im Produktionsprozess zu entwickeln. Zur Detektion bakterieller Kontaminationen (Detektionslimit 8x10⁸ Bakterien/ml) wurde eine entsprechende Methode auf dem in der StemCellFactory-Anlage implementierten Plate Reader etabliert und in die automatisierten Zellkulturprozesse integriert. Zur Planung und Durchführung der klonalen iPS Zellpassagierung auf der StemCellFactory-Anlage in 24- und 6-well MTPs wurde eine mikroskopgestützte, konfluenzbasierte Methode entwickelt, die es ermöglicht, Zellen für mindestens zehn Passagen automatisiert zu expandieren.