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Haltbare ECM-Beschichtung für die Zellkultur durch Funktionalisierung der extrazellulären Matrix

Kurzfassung

Im Laufe eines gemeinsamen Forschungsprojektes entwickelten Wissenschaftler der Universität Stuttgart und der Universität Konstanz eine ECM (extracellular matrix) mit funktionellen Gruppen (clickECM), die über bioorthogonale Ligationsreaktionen kovalent und damit fest an entsprechend ausgerüstete Oberflächen gebunden wird. Diese feste Anbindung durch die Click-Reaktion sorgt dafür, dass die clickECM-Beschichtung z. B. beim Einsatz auf Zellkulturgefäßen selbst intensivem Waschen standhält. Die Beschichtung ist hochstabil und kann ohne aufwendige Aufreinigungs- und Isolierverfahren kostengünstig hergestellt werden. Die clickECM unterscheidet sich nur durch die eingebrachte funktionelle Gruppe von einer natürlichen ECM.

Hintergrund

Die extrazelluläre Matrix (engl. extracellular matrix, ECM) bildet in einem biologischen Gewebe die natürliche Umgebung der Zellen. Sie ist an einer Vielzahl zellulärer Vorgänge wie der Signalweiterleitung, der Vermehrung und der Anhaftung der Zellen an Oberflächen beteiligt. Die Zusammensetzung der ECM hängt maßgeblich vom Zelltyp ab, von dem sie sezerniert wurde. Diese gewebespezifischen Matrices unterscheiden sich in der Zusammensetzung der Biomoleküle und auch in deren mengenmäßigen Anteilen. So kann eine ECM je nach Herkunft z. B. entweder die Differenzierung von Stammzellen fördern oder deren Stammzellpotential erhalten. Dies kann insbesondere für den Einsatz in der speziellen Zellkultur von Interesse sein. Auf diesem Gebiet ermöglicht die erfindungsgemäße clickECM-Beschichtung die einfache Herstellung eines stabilen und anwendungsorientierten Trägerverbundes aus funktionalisierter ECM bspw. für Zellkulturgefäße.

Problemstellung

Zellkulturschalen werden standardmäßig aus Polystyrol hergestellt und für ein verbessertes Zellwachstum durch Plasmabehandlung modifiziert. Für primäre Zellen werden in der Regel ECM-Proteine auf Oberflächen physisorbiert, ggf. unterstützt durch Plasmatechnologie. Verfahren, Oberflächen mit Proteinen über kovalente Bindungen auszurüsten, sind nach dem Stand der Technik zwar bekannt, aber für eine Beschichtung mit komplexen Matrices nicht geeignet. Bislang wird die Beschichtung mit der komplexen ECM nur über Physisorption durchgeführt. Das Ergebnis bestätigt zwar die hohe biologische Aktivität der ECM, die genutzte Technologie ist jedoch nicht auf jedes Material übertragbar. Besonders nachteilig ist bei derart aufgebrachten ECM-Beschichtungen die mangelnde Stabilität der Beschichtung, da die Biomoleküle lediglich via Physisorption an der Oberfläche haften. Diese Beschichtungen können vom Trägermaterial schnell und leicht abgewaschen werden oder lösen sich auf andere Weise ab.

Lösung

Bislang war es sehr schwierig, die Bestandteile der extrazellulären Matrix an einen künstlichen Werkstoff zu knüpfen. In der Erfindung wird ein kleines, nicht toxisches reaktives Molekül in die extrazelluläre Matrix eingebaut. Dies befähigt die biologische extrazelluläre Matrix dazu, sich mit der Oberfläche der Zellkulturschale chemisch zu verbinden.
Das erfindungsgemäße Beschichtungsverfahren fördert nicht nur die Adhäsion der Zellen, sondern es verstärkt darüber hinaus auch das Zellwachstum. Von einer natürlichen ECM unterscheidet sich die clickECM nur durch die funktionellen Gruppen. Mithilfe der eingebrachten Click-Gruppen kann die clickECM stabil und ortsspezifisch auf der Oberfläche des ebenfalls funktionalisierten Trägers immobilisiert werden. Diese feste Anbindung durch die Click-Reaktion sorgt zudem dafür, dass die clickECM-Beschichtung selbst intensivem Waschen standhält. Wesentlich von Vorteil ist dabei, dass durch diese Technologie unterschiedlichste neue innovative Materialien mit clickECM stabil beschichtet werden können.

In-vitro-Herstellung der clickECM
In-vitro-Herstellung der clickECM (Foto: Fraunhofer IGB, Stuttgart).

Vorteile

  • Beschichtung mit komplexer ECM möglich
  • Hohe Stabilität der Beschichtung
  • Starke Adhäsion auf unterschiedlichsten Materialien
  • Verstärktes Zellwachstum
  • Kostengünstige Herstellung, weil aufwendige Aufreinigungs- und Isolierverfahren sowie die Sterilisation entfallen

Anwendungsbereiche

Beschichtung für Zellkulturgefäße

Exposé
Kontakt
Dr. Frank Schlotter
TLB GmbH
Ettlinger Straße 25
76137 Karlsruhe | Germany
Telefon +49 721-79004-0
schlotter(at)tlb.de | www.tlb.de
Entwicklungsstand
Late basic research / TRL2
Patentsituation
DE 102014222898 A1 anhängig
EP 3218025 B1 erteilt,
DE, FR & GB validiert
Referenznummer
14/058TLB
Service
Die Technologie-Lizenz-Büro GmbH ist mit der Verwertung der Technologie beauftragt und bietet Unternehmen die Möglichkeit der Lizenznahme.