Drittmittelprojekt "Cells for Future" erfolgreich abgeschlossen - Anwendungen in Biomedizin, Biostoff- und Nahrungsmittelproduktion
Forscherinnen und Forscher des Instituts für Medizinische und Marine Biotechnologie der Universität haben ein extern finanziertes Drittmittelprojekt im Bereich der Nachhaltigen Biotechnologie erfolgreich abgeschlossen. „Cells for Future“ startete 2022. Das Ziel: Methoden und Technologien für eine Bioreaktor-basierte Zellvermehrung zu etablieren. Die gewonnene Biomasse soll für Anwendungen in der Biomedizin, der Biostoffproduktion und der Nahrungsmittelproduktion einsetzbar sein.
Auftraggeber war das junge Lübecker Unternehmen CellTec Systems GmbH, ein Spin-off der Universität zu Lübeck und der Fraunhofer Gesellschaft. Das Institut für Medizinische und Marine Biotechnologie (IMMB), das sich aufgrund seiner technologischen Ausrichtung vor allem auf Transferprojekte konzentriert, konnte damit sein bisher größtes Projekt abschließen und in den vergangenen vier Jahren ca. 450.000 Euro inklusive der darin enthaltenen Overheads von 160.000 Euro akquirieren.
Die erreichten Meilensteine des Projektes ebnen nicht nur den Weg für den Transfer der Technologien in die Industrie, sondern erbrachten auch interessante wissenschaftliche Erkenntnisse zur Zellbiologie.
Alternative Proteinquelle für künftiges „Cultivated Meat“
Konkret konnte gezeigt werden, dass die von den Forschenden gewonnenen Zellpopulationen aus Rinderhaut sich als alternative Proteinquelle für künftiges „Cultivated Meat“ eignen, also zur Nutzung von Zellbiomasse als Nahrungsmittel. Denn diese Zellen besitzen nicht nur ein robustes Vermehrungspotential sondern verfügten auch über Stammzelleigenschaften. Die Forschenden konnten zeigen, dass sich diese Rinderzellen bei gezielter Nährstoffzufuhr zu Fettvorläuferzellen differenzieren konnten. Ein wichtiger Schritt, da die Zellen damit zu zentralen Trägern des Geschmacks werden und zugleich die Textur des Endprodukts unterstützen.
Der Leiter des IMMB, Prof. Dr. Charli Kruse, bewertet diese Konstellation durchweg positiv: „Die Zusammenarbeit mit der CellTec stellt für mich einen Transferprozess dar, wie er sehr gut in die heutige Zeit passt. In beiden Einrichtungen arbeiten die Teams am selben Thema. Während man sich auf universitärer Seite aber vor allem der Grundlagenforschung widmet, entwickelt die Firma diese Themen weiter, um neue Technologien und Produkte auf den Markt zu bringen. Mit der Transferabteilung der Universität konnten wir zudem schnell und unbürokratisch die entsprechenden Verträge mit der CellTec aufsetzen, auch was die Verwertung von Patenten angeht, so dass für beide Seiten eine Win-Win-Situation entstanden ist.“
Darüber hinaus konnte in enger Kooperation mit den Forschenden der CellTec Systems ein innovatives Verfahren entwickelt werden, um die Zellen geschützt in einer Hydrogelmatrix in einem Rührreaktor zu vermehren, so dass das Upscaling für die Biomasseproduktion im industriellen Maßstab vorbereitet wurde. Die im Projekt gewonnenen Ergebnisse fließen somit direkt in die Umsetzung und beschleunigen die Produktentwicklung der Firma.
Grundlagenforschung ohne Verzögerung in die Praxis umgesetzt
Der Projektleiter und Miterfinder des Hydrogel-basierten Zellvermehrungsverfahrens, Dr. Daniel Rapoport, dazu: "Ich hätte nicht erwartet, dass das Verfahren so rasch weiter entwickelt werden würde, wie es jetzt bei der CellTec GmbH geschieht. Es macht schon einen gewaltigen Unterschied, ob eine Innovation an der Uni oder am freien Markt entwickelt wird. An der Uni hatte ich Zeit, prinzipiell über Zellvermehrung und Zellkultur nachzudenken. Die CellTec fokussiert sich jetzt voll darauf, das Verfahren praktikabel und zuverlässig zu machen. Dadurch sind sie enorm schnell, ich bin von dem Team dort wirklich beeindruckt.“
Dr. Teresa Buck, Head of Cell Innovations bei CellTec Systems, fügt hinzu: „Gerade als junges Unternehmen, das eine Schlüsseltechnologie für die Produktion von Biomasse aus adhärent wachsenden Zellen zur Marktreife entwickelt, ist es für uns äußerst wertvoll, einen Partner mit ebenso tiefgreifenden Erfahrungen im Bereich der Zellbiologie an unserer Seite zu wissen. Mit dem Institut für Medizinische und Marine Biotechnologie der Universität zu Lübeck haben wir einen solchen Partner gefunden. Die räumliche Nähe ermöglicht einfache und unkomplizierte Absprachen sowie einen engen Austausch über die Ergebnisse. Dadurch können die Erkenntnisse aus der Grundlagenforschung des Instituts quasi ohne Verzögerung in die Praxis integriert und umgesetzt werden.“

Die Arbeitsgruppe des Instituts für Medizinische und Marine Biotechnologie: Anna Matthiessen, Katja Eden, Emel Singh und Nicole Suhr (hinten), Marzena Lindel, Philipp Ciba, Charli Kruse, Daniel Rapoport und Sandra Schumann (vorn, jeweils v.l.n.r.; Bildrechte: IMMB)

Fluoreszenzmikroskopische Aufnahme eines Gefrierschnitts der Rinderohrhaut. Mittels immuncytochemischer Färbung lassen sich mesenchymale Zellen des Bindegewebes für Vimentin (rot) und Epithelzellen der Epidermis und der Drüsen für Zytokeratin (grün) anfärben. Die Zellkerne wurden mit DAPI angefärbt (blau). Vergrößerung 200fach (Bildrechte: IMMB)

Bioreaktor für die Vermehrung von Zellen in Hydrogelkapseln (Bildrechte: CellTec Systems GmbH)

Schematische Darstellung des zyklischen Bioreaktorprozesses: (1) Der leere Bioreaktor wird mit Medium befüllt; (2) Währenddessen werden die Zellen in einem gelbildenden Medium resuspendiert und durch Vernetzung des Gelbildners durch direkte Inokulation in den Bioreaktor eingekapselt; (3) Während der Expansionsphase wird gerührt; durch die Einkapselung werden die Zellen vor Scherbeanspruchung geschützt und haben Zeit, sich zu vermehren; (4) Nach der Expansionsphase werden die Zellen durch Abbau des Hydrogels freigesetzt; (5) Anschließend werden die Zellen im gelbildenden Medium resuspendiert, um (6) erneut eingekapselt zu werden, wodurch die gesamte Technologie zu einem zyklischen Prozess wird. (Bildrechte: IMMB & CellTec Systems GmbH)
für die Ukraine