Optimierung der Kultivierung humaner hämatopoetischer Stamm- und Vorläuferzellen und deren Expansion in einem miniaturisierten Bioreaktorsystem

Das primäre Interesse dieser Arbeit galt der Expansion von adulten hämatopoetischen Stamm- und Vorläuferzellen aus peripherem Blut. Es konnte ein Basalmedium identifiziert werden, welches die Expansion optimal unterstützt. Mit L-Serin und L-Asparaginsäure konnten zwei limitierende Aminosäuren dieses Mediums identifiziert werden, durch Supplementierung die Formulierung verbessert und die Expansionsleistung weiter gesteigert werden. SCF und Interleukin-3 wurden selbstständig auf der Basis des Baculovirus-Expressionssystems in Insektenzellen hochaktiv exprimiert, aufgereinigt und charakterisiert. Die Notwendigkeit einer permanenten Stimulation mit Wachstumsfaktoren konnte eindeutig nachgewiesen werden. Zur Abschätzung des Potentials von Zell-Zell-kontaktfreien Kokultivierungsstrategien als Alternative zum Einsatz von rekombinanten Wachstumsfaktoren wurden konditionierte Zellkulturüberstände verschiedener primärer Zelltypen sowie und kontinuierlicher Zelllinien untersucht. Eine Stimulation konnte für humane Knochenmarkfibroblasten und HUVEC eindeutig gezeigt werden. Ein weiterer Schwerpunkt der Arbeit lag auf der Weiterentwicklung und dem Einsatz eines neuartigen gemeinsam einem industriellen Partner realisierten miniaturisierten, voll-kontrollierten Bioreaktorsystems zur submersen Kultivierung von humanen peripheren Stamm- und Vorläuferzellen. Zunächst wurde das System verfahrenstechnisch hinsichtlich der Mischzeit und des kLa-Wertes charakterisiert. Über initiale Kultivierungen wurde der Drehzahlbereich optimiert und auftretende Scherkräfte als kritisch eingestuft. Zur Reduzierung der auftretenden Scherkräfte, wurde der scherprotektive Zellkulturzusatz Pluronic F-68 erfolgreich eingesetzt. Die kontinuierliche Medienperfusion war geeignet die Expansionsleistung des Bioreaktors weiter zu steigern.