Professor Dr. Hans Hoffmeister, Geschäftsführer Zellwerk, Eichstädt, nahe Berlin, hält ein unscheinbares, transparentes Kunststoff-Teil mit Deckel in den Händen. „Was Sie hier sehen, ist das Herzstück unserer Bioreaktoren. Es erfüllt alle Anforderungen, um in einem standardisierten und wiederholbaren Prozess, körpereigene Zellen in gleichbleibender Qualität als Arzneimittel zu produzieren.“ Ein großer Fortschritt für die regenerative Medizin und bisher ein Wunschtraum der Biomediziner. Man entnimmt dem Patienten zum Beispiel Blut, isoliert die Immunzellen, züchtet diese außerhalb des Körpers in therapeutisch nötigen Mengen in dem Bioreaktor aus Kunststoff nach und führt sie wieder zurück zur Bekämpfung von Tumorzellen. Zellwerk hat dieses Ziel erfüllt, zusammen mit dem Mosbacher Express-Teilehersteller Proto Labs, der mit seinem Service Protomold für Kunststoffspritzguss zur Realisierung beigetragen hat.

Oberfläche entscheidend

Die Herausforderung an die Bioreaktor-Konstruktion bestand in der richtigen Anordnung der Lamellen und der Erzeugung einer speziellen Oberfläche, die nicht zu glatt und nicht zu rau sein durfte. Rainer Mausolf, Konstruktionsleiter bei Zellwerk, fasst die Anforderungen an den Kunststoff und die Oberflächenbeschaffenheit zusammen: „Die Auswahl des Kunststoffes war entscheidend, da wir konstante chemische und physikalische Bedingungen im Reaktor bieten müssen. Gemeinsam mit dem Mosbacher Unternehmen haben wir mehrere Polymer-Materialien ausprobiert. Die Schwierigkeit lag darin, einen Kunststoff zu finden, der sich unempfindlich gegen die Sterilisierung mit Gamma-Strahlen zeigt.

Letztendlich haben wir das bestmögliche Material gefunden. Gleichzeitig wurden unsere Anforderungen an die Oberfläche perfekt umgesetzt. Die Zellen dürfen nicht umhergespült werden und bedürfen daher einer fein gekörnten Oberfläche auf der sie Halt finden. Erst dies macht einen standardisierten Prozess möglich. Damit die Bedingungen im gesamten Reaktor homogen bleiben, haben wir dem Reaktor einen Sondenadapter vorgeschaltet, der ständig den ph-Wert, Temperatur und Sauerstoff misst und an eine externe Steuereinheit weiterleitet.“

Patentierter Einmal-Kunststoffreaktor

Das patentierte System nennt sich ZRP-Technology (ZRP 50 MP) und setzt sich zusammen aus einem Brutkasten, in dessen steriler Arbeitskammer sich der Bioreaktor und ein Sondenadapter befinden. Eine externe Kontrolleinheit überwacht, steuert und dokumentiert alle Parameter. Der Bioreaktor besteht aus Kunststoff und wird als einmal-Produkt benutzt. Er bietet durch seine besondere und immer gleiche Beschaffenheit ein hohes Maß an Prozess-Sicherheit.

„Entscheidend ist, dass es in dem Kunststoffreaktor zu einem „laminar flow“ kommt“, so Professor Hoffmeister. Dabei setzen sich die Zellen am Boden ab und haften an der Kunst-stoffoberfläche an – eine wichtige Voraussetzung für eine stabile Zellkultur. Dabei werden die NK-Zellen gleichmäßig überspült, ohne dass es am Boden zu Verwirbelungen kommt. Gleichzeitig werden die Zellen mit Sauerstoff und frischem Medium versorgt, während verbrauchtes Medium abtransportiert und ein konstanter pH-Wert eingehalten wird.

In Rekordzeit zum fertigen Teil

Inzwischen werden sämtliche Bioreaktoren und Sondenadapter in verschiedenen Ausführungen über den Schnellspritz-Gussteile-Service Protomold gefertigt. Rainer Mausolf wundert sich: „Anfangs konnten wir kaum glauben, wie schnell und zuverlässig wir die Teile bekommen haben. Uns war bis dato kein Anbieter bekannt, der es innerhalb von 10 Tagen von der 3D-Modellübergabe bis zum fertigen Teil schaffte. Wir hätten die Teile sogar in fünf Tagen bekommen, wenn wir uns für den Express-Service entschieden hätten. Ich habe einfach mein 3D-SolidWorks-Modell auf die Internetplattform hochgeladen.

Sofort hat sich ein Techniker bei mir gemeldet und wir haben noch wertvolle Tipps zur Realisierung bekommen. Innerhalb weniger Tage hatten wir dann die ersten Reaktoren und Adapter aus unserem speziellen Kunststoff in den Händen. Die Reaktoren waren sofort und uneingeschränkt nutzbar.“

Herkömmliche Prototypen-Verfahren ungeeignet

Professor Hoffmeister ergänzt: „Für uns die ideale und dazu noch kostengünstige Lösung, da sich die Anfertigung eines Stahl-Werkzeuges nur bei einer Massenproduktion rechnet, wenn schon klar ist, dass keine Änderungen mehr zu erwarten sind. Beides ist bei uns nicht der Fall, dennoch sind wir auf Teile aus ‚echtem‘ Material angewiesen. Ersatzmaterialien, wie sie bei herkömmlichen Prototypenverfahren angeboten werden, konnten wir verständlicherweise nicht verwenden. Ohne den Express-Teilehersteller hätten wir es nie so schnell und kostengünstig geschafft, einen vollfunktionsfähigen Bioreaktor zur Vermehrung von körpereigenen Immunzellen vorzustellen, der den strengen Anforderungen der Zulassungsbehörden entspricht.“

 

Erhöhte Marktchancen

Rapid Manufacturing

Die Innovationsgeschwindigkeit, besonders auch in der Medizintechnik, hängt von der schnellen Fertigung echter Funktionsteile für den Prototypenbau oder von Kleinserien ab und kann über den Erfolg eines neuen Produkts entscheiden. Mit Rapid Prototyping können zwar erste Musterbauteile aus bestehenden CAD-Daten hergestellt werden. Das Verfahren der „Schnellen Fertigung“ (Rapid Manufacturing) ermöglicht es jedoch innherhalb kurzer Zeit Serien werkzeuglos direkt aus den CAD-Daten aus unterschiedlichen Materialien wie beispielsweise Kunststoffen zu produzieren.

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Thomas Löffler