Vaskularisierung perfundierter Lab on a chip Systeme mit integrierter Online Überwachung

In diesem Projekt wurde ein perfundierter Mikro-Bioreaktor entwickelt, mit dem die langfristige Nährstoffversorgung eines dreidimensionalen, künstlich gewonnenen Gewebes gesichert werden kann. Der Bioreaktor wurde dazu mit einem artifiziellen Blutgefäßsystem aus Kollagen-Hohlfasern ausgestattet. Die Hohlfasern sind mit einem mikrofluidischen Kreislaufsystem gekoppelt und werden kontinuierlich mit Nährstoffen und Sauerstoff durchströmt. Die Versorgung der Zellkultur erfolgt zum einen in einem speziell angepassten 3D-Zellkulturmodul des Bioreaktors, das von Hohlfasern durchspannt und vom Nutzer mit einer anwendungsspezifischen Mischung aus extrazellulärer Matrix und Zellen gefüllt wird. Zum anderen wurde ein 3D-Gerüst (Scaffold) aus Kollagen mit einer maßgeschneiderten Scaffold-Mikro-Bioreaktor-Einheit entwickelt. Das Scaffold enthält Kollagen-Hohlfasern und wird vom Nutzer mit beliebigen Zellen besiedelt, vorkultiviert und anschließend mit dem Mikro-Bioreaktor gekoppelt. Zur Charakterisierung der Strömungsverhältnisse und Sauerstoffkonzentration im Bioreaktor wurden Farbstoffe als Sensoren immobilisiert. Für die Überwachung der Zellvitalität während der Kultivierung wurde ein nicht-invasives Messsystem entwickelt, das auf der Detektion der Fluoreszenzlebensdauer von Nicotinamidadenindinukleotid (NAD+ bzw. NADH) basiert. Pharmazeutische und biotechnologische Unternehmen, Hersteller von Gewebeersatz, klinische Diagnoselabore sowie Universitäten und Forschungsinstitute, welche Tissue Engineering-Produkte herstellen und/oder verwenden, können von diesen Ergebnissen profitieren.

Bearbeitet wurde das Forschungsthema vom 10/14 bis 06/17 an dem Forschungsinstitut für Leder und Kunststoffbahnen gGmbH (FILK) (Meißner Ring 1-5, 09599 Freiberg, Tel.: 03731/366149) unter der Leitung von Dr. Ina Prade (Leiter der Forschungsstelle Prof. Dr. M. Stoll),  der Fraunhofer-Gesellschaft e.V., Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS (Winterbergstraße 28, 01277 Dresden, Tel.: 0351/83391-3259) unter der Leitung von Dr. Frank Sonntag (Leiter der Forschungsstelle Prof. Dr. E. Beyer) und der Westsächsischen Hochschule Zwickau, Leupold-Institut für Angewandte Naturwissenschaften (Dr.-Friedrichs-Ring 2a, 08056 Zwickau, Tel.: 0375/536-1538)  unter der Leitung von Prof. Dr. P. Hartmann (Leiter der Forschungsstelle Dr. Ralf Steiner).