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Entwicklung eines Produktionsprozesses für Betazellsphäroide von definierter Größe

Einfluss einer 3D Mikroumgebung und Kokultivierung mit mesenchymalen Stammzellen auf die Betazellqualität

Diabetes ist durch eine Dysfunktion oder autoimmune Zerstörung der insulinproduzierenden Betazellen innerhalb der Langerhans-Inseln charakterisiert. Der Verlust der Betazellen, beim Typ-1-Diabetes, kann durch eine Betazellersatztherapie kompensiert werden. Zelltherapien erfordern eine in-vitro-Herstellung von Betazellen mit einer hohen Expansionsfähigkeit und Funktionalität. Da die Transplantation von Langerhans-Inseln aufgrund der geringen Anzahl von Spendern nur begrenzt möglich ist, konzentriert sich diese Forschungsarbeit auf Betazelllinien. Aufgrund der nativen 3D Struktur der Langerhans-Inseln, führt eine Rekonstitution einer 3D Mikroumgebung in Form von Sphäroiden zur Verbesserung der Betazellfunktionalität. Zusätzlich zeigt eine Kokultivierung mit mesenchymalen Stammzellen (MSCs) eine erhöhte Lebensfähigkeit und Funktionalität der Betazellen. Mit verschiedenen Betazelllinien (INS-1, MIN6 & 1.1B4) wurden im Wellformat Betazell- und hybride Betazell-MSC-Sphäroide mit unterschiedlichen Zellverhältnissen hergestellt. Solche statischen Systeme sind durch Stofftransportlimitierungen beeinträchtigt und können nicht die notwendigen Mengen an Betazellsphäroiden gewährleisten. Schüttelkolben ermöglichten eine dynamische Sphäroidbildung unter turbulenter Fluiddynamik mit verbessertem Stofftransport und einer gesteigerten Sphäroidvitalität (~ 100 %). Schließlich wurde die Sphäroidproduktion in einem Rührkesselreaktor (1 L) mit Prozessüberwachung/-kontrolle und drei verschiedenen Rührertypen durchgeführt. Dieser Prozess lieferte vitale und funktionale Betazellsphäroide in relevanten Mengen für die Zellersatztherapie. Des Weiteren konnte der Proof-of-Concept zur Scherstress-gerichteten Produktion von Sphäroiden mit definierter Größe bestätigt werden.