Mit der zunehmenden Bedeutung der Zellkultur in der Forschung hat sich auch ihre Entwicklung weiterentwickelt – und mit ihr der Inkubator.

Carl erwarb seinen Bachelor-Abschluss in Molekular- und Zellbiologie an der University of Illinois und schloss sein Master-Studium im Studiengang Biotechnologie der Northwestern University ab. Vor seiner Tätigkeit bei PHCNA war Carl in verschiedenen Bereichen der biomedizinischen Forschung tätig, darunter Zell- und Molekularbiologie, Mikrobiologie, Krebsforschung und die Entwicklung klinisch-diagnostischer Tests. Zuvor war er an der School of Medicine der Northwestern University und bei Nanosphere (jetzt Luminex), einem Nano-Biotech-Unternehmen in Illinois, tätig.

F : WIE HAT SICH DIE ZELLKULTUR IN DEN LETZTEN JAHRZEHNTEN ENTWICKELT?
A : Zellkulturen gibt es in der einen oder anderen Form bereits seit mehreren Jahrzehnten. Historisch wurden sie in Forschungsmodellen und der Forschung und Entwicklung in der Pharmabranche eingesetzt. Sie haben sich seit vielen Jahren weiterentwickelt, insbesondere in den letzten fünf Jahren, beispielsweise mit Scaffoldings und 3D-Zellkulturen, mit denen wir Gewebe deutlich robuster nachbilden können. Da die Zellkultur in der Forschung und bei primären Zelllinien – Zellen, die direkt aus einer Biopsie oder vom Patienten entnommen und kultiviert werden –, die naturgemäß empfindlich sind, an Bedeutung gewonnen hat, musste sie weiterentwickelt werden. Und mit ihr hat sich auch der Inkubator weiterentwickelt.

F : WELCHE ART VON UMGEBUNG IST FÜR DIE AUFRECHTERHALTUNG DER ZELLKULTUR IN KLINISCHEN LABORATORIEN ERFORDERLICH?
A : Sehr robuste Zellen benötigen standardmäßig fünf Prozent CO2 sowie Temperatur und Luftfeuchtigkeit. Bei der klinischen Methode hingegen ist eine strenge Kontrolle von Temperatur und Gasen erforderlich. Daher sind Leistung, Flexibilität und präzise kontrollierte Umgebungen – CO2-, Sauerstoff- und Temperaturwerte – umso wichtiger.

Unser zentrales Prinzip bei der Entwicklung von Inkubatoren ist die optimale Zellgesundheit. Ich vergleiche dies mit dem Einbau der besten Gehirne und Nerven: dem intelligentesten Mikroprozessor, der alles steuert, und den hochwertigsten Sensoren für Temperatur, Gas und andere Diagnosefunktionen. Öffnet man eine Tür im Inkubator, zerstört das die ideale Umgebung für die Zelle, da Gase austreten und sich die Temperatur ändern kann. Wir benötigen ein möglichst reaktives System, das Abweichungen bei Gas oder Temperatur erkennt und die Parameter in Echtzeit an die Normalwerte anpasst. Es muss erkennen, wenn der CO2-Gehalt abweicht, und ihn schnellstmöglich regulieren, ohne ihn zu überschreiten. Es muss Temperaturabweichungen sofort erkennen und sich möglichst gleichmäßig wiederherstellen. Dieses Konzept haben wir bei der Weiterentwicklung unseres Inkubators in seine neueste Form integriert: Echtzeitüberwachung, -steuerung und -wiederherstellung der Inkubatorparameter, um den menschlichen oder tierischen Körper, aus dem diese Zellen stammen, optimal nachzubilden.

F : WELCHE ARTEN VON KLINISCHEN ANWENDUNGEN ERFORDERN DIE HÖCHST PRÄZISIONSKONTROLLIERTEN ZELLUMGEBUNGEN?
A : Ein Beispiel ist die Embryoimplantation zur In-vitro-Fertilisation. Ein weiteres ist die CAR-T-Zelltherapie zur Behandlung zirkulierender und solider Tumore. Dabei entnehmen wir im Wesentlichen Blut und Immunzellen eines Krebspatienten, untersuchen sie, manipulieren sie und injizieren sie dem Patienten erneut, um den Krebs zu bekämpfen. Der Inkubator ist ein zentraler Bestandteil dieses Prozesses. Die Zellen müssen während einer langen Inkubationszeit außerhalb ihrer natürlichen Umgebung wachsen und müssen daher sicherstellen, dass sie mit den Parametern zufrieden sind. Sobald man von der Forschung in den klinischen Bereich wechselt, ist die Bedeutung der Zellgesundheit während ihres gesamten Weges – von der Entnahme aus dem Patienten über die Zellkulturschale und den Inkubator bis hin zur Rückübertragung an den Patienten – enorm gestiegen.

F : WELCHE WEITEREN FUNKTIONEN ERFÜLLT DER INKUBATOR, NEBEN DER AUFRECHTERHALTUNG DER RICHTIGEN PARAMETER FÜR DIE ZELLKULTUR?
A : Neben der Kontrolle der Zellparameter während des Zellwachstums geht es auch darum, die Zellen vor mikrobieller Kontamination und Kreuzkontamination zu schützen. Mikroben sind überall um uns herum. Sie sind an das Leben in der Welt, auf unserer Haut und in unserem Darm angepasst. Wir leben mit diesen natürlichen Feinden der Zellkultur zusammen, daher brauchen wir einen Inkubator, der sie in Schach hält.