Ob im Kampf gegen Leukämie, zum Aufbau von Knochen oder zur Behandlung bisher irreparabler Schädigungen des Körpers – patienteneigene Stammzellen können Leben retten. Sie sind jedoch nur unter großem Aufwand kultivierbar. Die ausgezeichnete Idee der Fraunhofer IST-Forscher war es, mittels Plasmatechnik die inneren Oberflächen von geschlossenen sterilen Kunststoffbeuteln so zu verändern, dass Zellen für die Stammzellenforschung darin adhärent kultiviert werden können.

Das Team um Dr. Michael Thomas am Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik IST in Braunschweig hat dafür ein plasmatechnisches Verfahren bei Atmosphärendruck entwickelt. »Wir befüllen die Beutel mit einem spezifischen Gasgemisch und legen eine elektrische Spannung an«, erklärt die wissenschaftliche Mitarbeiterin Dr. Kristina Lachmann. »So entsteht im Inneren für kurze Zeit ein Plasma, ein leuchtendes, ionisiertes Gas, das die Kunststoffoberfläche chemisch verändert.« Bei diesem Prozess bleibt der Beutel steril, da Plasmen auch eine desinfizierende Wirkung besitzen. »Der Vorteil des Verfahrens ist, dass es bei Atmosphärendruck arbeitet und damit preiswert, schnell und flexibel ist«, betont Gruppenleiter Dr. Michael Thomas, der auf die Anwendung von Atmosphärendruck-Plasmen zur Veränderung von Oberflächen spezialisiert ist.

Die neuartigen Beutel erleichtern den sterilen Umgang mit den Zellkulturen. Bisher nutzen Forscher und Mediziner dafür in der Regel Petrischalen, Flaschen oder Bioreaktoren. Da diese Systeme zumindest zum Befüllen geöffnet werden müssen, kommt es leicht zu Verunreinigungen. Beim Verwenden geschlossener Beutelsysteme werden die Zellen direkt über eine Injektionsnadel oder durch angeschlossene Schlauchsysteme in den Beutel injiziert, ohne mit der Umgebung in Berührung zu kommen. Im sterilen Inneren der Beutel befinden sich das Nährmedium und keimfreie Luft. Auch während des Kultivierungsprozesses muss man die Behältnisse nicht öffnen, da z. B. der Austausch des Nährmediums ebenfalls über Schlauchsysteme erfolgt. Am Ende werden die Zellen von der Beuteloberfläche abgelöst und über eine Injektionsnadel entnommen.

Für diese Entwicklung, die im Rahmen eines Verbundprojektes mit Wissenschaftlern aus fünf Forschungseinrichtungen sowie Partnern aus der Industrie und unter der Projektleitung des Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung (HZI) in Braunschweig stattfand, wird das Fraunhofer IST am 8. Dezember 2011 als ein »Ausgewählter Ort 2011« im Land der Ideen ausgezeichnet.