Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPTForschungsprojekt »GECKO«
Für kranke Hornhaut gibt es bisher keine skalierbare Therapie
Weltweit warten mehr als zwölf Millionen Patientinnen und Patienten auf eine Hornhauttransplantation – ein Bedarf, der aufgrund des gravierenden Mangels an Spendergewebe bei Weitem nicht gedeckt werden kann. Besonders betroffen sind Erkrankungen der inneren Hornhaut, der sogenannten Descemet-Membran mit Endothel (DME). Die Descemet-Membran ist eine von mehreren Schichten aus der die Hornhaut im Auge besteht. Sie ist entscheidend für die Anpassungsfähigkeit und Funktionalität der Endothelzellen. Die heutige Therapie basiert auf einer Transplantation der erkrankten Hornhaut. Bisher bieten jedoch weder primäre Endothelzellen aus Spenderaugen noch alternative Zellquellen eine skalierbare Lösung. Zudem fehlt neuen innovativen Ansätzen häufig die physiologische Topografie, also die strukturierte Oberfläche der Descemet-Membran.
Grenzen der Hornhauttransplantation überwinden
Im Projekt entwickeln Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler ein humanes Hornhautimplantat, das durch die präzise biomimetische Nachbildung der Descemet-Membran und den Einsatz von Stammzellen aus kleinen humanen Hautproben eine neue Lösung bietet. Um das Transplantat herzustellen, kombinieren sie mehrere moderne Technologien:
- Zwei-Photonen-Lithographie, um eine sehr präzise, feine Struktur zu erzeugen‑Photonen‑Lithographie, um eine sehr präzise, feine Struktur zu erzeugen
- Abformung in humanem Kollagen, damit das Material möglichst natürlich ist
- Gezielte mechanische Reize über die Topographie des Biomaterials, die die Stammzellen dazu anregen, sich in Endothelzellen zu differenzieren
Diese Kombination der Verfahren ist ein großer technologischer Fortschritt. Sie löst wichtige Herausforderungen bisheriger Methoden und ermöglicht eine skalierbare Herstellung funktionalen und potenziell körpereigenen Hornhautendothelgewebes.
Bestehendes Patent erweitern
Die Grundlage des Projekts ist das Patent DE 10 2015 205 534 B4. Es schützt eine mikrostrukturierte Oberfläche, die die natürliche Topographie der Descemet-Membran nachbildet, sowie deren Einsatz zur gezielten Steuerung der Zelldifferenzierung.
Künstliche Hornhaut aus Stammzellen auf Kollagen
Im Projekt arbeiten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler an einem experimentellen Nachweis, dass Stammzellen auf einer biomimetischen Descemet-Struktur zu voll funktionsfähigen Hornhautendothelzellen heranwachsen können. Sie stellen dafür die Masterstruktur her und formen daraus ein sogenanntes Kollagen-Scaffold ab, ein Gerüst aus Kollagen, dessen Topographie die Stammzellen erkennen. Dann isolieren sie die Stammzellen aus Hautbiopsien und kultivieren sie unter festgelegten Bedingungen. Anschließend wird das neu hergestellte Transplantat auf seine Funktionsfähigkeit hin überprüft. So wird sichergestellt, dass die Barrierefunktion zur Erhaltung der Tranparenz der Hornhaut wiederhergestellt ist. Gleichzeitig entwickeln die Forschenden Qualitätskriterien, die eine spätere klinische Anwendung ermöglichen.
Hornhäute aus humanen Zellen nachbilden – Forschungsgrundlage für weitere Gewebearten
Mit dem Vorhaben reagiert das Projektteam auf den weltweiten Mangel an Spenderhornhäuten und schafft erstmals eine skalierbare biologische Alternative zu Spendergewebe. Das Projekt zeigt, wie personalisierte regenerative Medizin praktisch funktioniert und eröffnet Perspektiven für weitere Gewebearten. Gleichzeitig stärkt es die europäische Innovations- und Produktionskompetenz im Bereich der Medizintechnik und eröffnet neue wirtschaftliche Chancen.
Projektkonsortium
Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT
Förderhinweis
Das Forschungsprojekt »GECKO« wird durch die Europäische Union und das Land Nordrhein-Westfalen im Rahmen des EFRE/JTF-Programms »NRW-Patent-Validierung« gefördert.
Förderkennzeichen: 20801536
Förderprogramm: IN-PV-4-012
Projektträger: PTJ Projektträger Jülich