16. Juli 2021

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Immunonkologie: Wie werden die neuen Zell- und Gentherapien für die Behandlung bestimmter Krebsarten hergestellt?

Seit August 2018 ist die CAR-T-Zell-Therapie Kymriah® von Novartis in Europa für die Behandlung von Menschen mit bestimmten lebensbedrohlichen Blutkrebserkrankungen zugelassen. Das Fraunhofer-Institut für Zelltherapie und Immunologie IZI ist eine zentrale Herstellungs- und Entwicklungsstätte für das Therapeutikum und hat in enger Kooperation mit dem Unternehmen den komplexen Herstellungsprozess für CAR-T-Zellen in Leipzig etabliert. Über 100 qualifizierte Mitarbeitende produzieren in unseren 21 Reinraumsuiten dieses lebendige Arzneimittel. Umfangreiche Qualitätskontrollen bei jedem Produktionsschritt sorgen dabei für die Qualität der personalisierten Präparate. Wir zeigen Ihnen, wie die Herstellung in unseren Reinräumen funktioniert.

Die Herstellung der CAR-T-Zell-Therapie Kymriah®

Die CAR-T-Zell-Therapie

Bei der CAR-T-Zell-Therapie werden Immunzellen des*der Patient*in, die T-Zellen, genetisch so modifiziert, dass sie bestimmte Oberflächenmoleküle der Krebszellen erkennen und binden können. Dadurch wird eine gegen die Krebszellen gerichtete Immunantwort stimuliert.

Das komplexe und aufwändige Herstellungsverfahren beginnt im Krankenhaus mit der Isolation der T-Zellen aus dem Blut der*dem Patient*in mittels einer Leukapherese. Tiefgefroren werden diese zum Fraunhofer-Institut für Zelltherapie und Immunologie in Leipzig transportiert. In den Reinräumen des Instituts werden die T-Zellen zunächst kultiviert, vermehrt und schließlich genetisch modifiziert. Die T-Zellen bilden daraufhin einen Rezeptor aus (Chimärer Antigen Rezeptor = CAR) der ein bestimmtes Oberflächenmolekül (Antigen) auf den Krebszellen erkennt. Nach erfolgreicher Herstellung des Präparates wird dieses wieder in die Klinik transportiert und dort der*dem Patient*in einmalig infundiert. Treffen die modifizierten T-Zellen im Körper auf die Krebszellen, werden diese durch den Rezeptor erkannt.  Die Immunantwort ausgelöst und die Krebszellen zerstört.

Von dieser Therapie können derzeit Krebserkrankte mit zwei seltenen lebensbedrohlichen Erkrankungen profitieren:

  • Kinder und junge Erwachsene bis 25 Jahren mit rezidivierter oder refraktärer akuter lymphoblastischer Leukämie (r/r pALL).
  • Erwachsene mit rezidiviertem oder refraktärem diffus großzelligen B-Zell-Lymphom (r/r DLBCL)

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Impfstoffe: Wie können inaktivierte Impfstoffe effizienter, schneller und umweltfreundlicher hergestellt werden?

Am Fraunhofer-Institut für Zelltherapie und Immunologie IZI wurde gemeinsam mit dem Dresdner Fraunhofer-Institut für Organische Elektronik, Elektronenstrahl- und Plasmatechnik FEP und dem Stuttgarter Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA ein neues Verfahren zur Inaktivierung von Pathogenen (Krankheitserregern) entwickelt. Damit lassen sich inaktivierte Impfstoffe nicht nur schneller, sondern auch umweltfreundlicher, effizienter und kostengünstiger herstellen als bisher. Dazu werden niederenergetische Elektronenstrahlen genutzt. Einen zugelassenen, mit dem entwickelten Verfahren produzierten Impfstoff gibt es noch nicht. Das Herstellungsverfahren wird derzeit gemeinsam mit einem Industriepartner weiterentwickelt, so dass es zukünftig in Herstellungsanlagen auf der ganzen Welt eingesetzt werden kann. Wir zeigen Ihnen die Forschungs- und Versuchsanlage, die an unserem Institut in Leipzig steht und erklären das Herstellungsverfahren.

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Die Herstellung von inaktivierten Impfstoffen mittels niederenergetischer Elektronenbestrahlung. Film zur Verleihung des Fraunhofer-Preises »Technik für den Menschen und seine Umwelt« 2021.

Die Herstellung von inaktivierten Impfstoffen

Bislang basiert die Herstellung von inaktivierten Impfstoffen auf der Inaktivierung von Pathogenen durch Chemikalien. Die Krankheitserreger werden dazu lange mit giftigen Chemikalien, z. B. Formaldehyd, behandelt, bis diese abgetötet und nicht mehr vermehrungsfähig sind. Man spricht dabei von Inaktivierung. Das seit Jahrzehnten beinahe unveränderte Verfahren hat diverse Nachteile: Zum einen zerstört die Chemikalie auch einen Teil der Strukturen, die das Immunsystem benötigt, um die spezifische Immunantwort zu bilden. Außerdem kommen bei der Impfstoffherstellung im industriellen Maßstab große Mengen der toxischen Chemikalien zusammen, eine Herausforderung für die Arbeitssicherheit und eine Belastung für die Umwelt. Je nach Virus kann es Wochen, mitunter sogar Monate dauern, bis die Viren tatsächlich »abgetötet« sind. Der neuartige Ansatz des Fraunhofer-Forschungsteams schafft eine technologische Lösung für diese Herausforderungen. Statt die Viren über Chemikalien zu inaktivieren, werden sie mit niedrigenergetischen Elektronen behandelt. Die Außenhülle der Viren bleibt dabei fast vollkommen intakt, es müssen keine giftigen Chemikalien entsorgt werden und der ganze Prozess dauert nur wenige Sekunden bis Stunden (je nach Volumen). Die technische Herausforderung des Verfahrens liegt in der geringen Eindringtiefe der Elektronen. In Flüssigkeiten beträgt diese nur wenige hundert Mikrometer. Für die zuverlässige Herstellung großer Mengen Impfstoffe, wurde deshalb eine anspruchsvolle Anlagentechnik entwickelt, mit der dünnste Flüssigkeitsfilme erzeugt und die darin enthaltenen Viren sicher inaktiviert werden können.

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Das Fraunhofer-Institut für Zelltherapie und Immunologie IZI stellt sich vor

Die Medizin steht angesichts einer alternden Gesellschaft und zunehmenden chronischen Krankheiten vor besonderen Herausforderungen. Hinzu kommt die Aufgabe, die Gesundheit von Mensch und Ökosystemen, in einer global vernetzten Welt zu schützen und zu bewahren. Das Fraunhofer-Institut für Zelltherapie und Immunologie arbeitet daran, den Ansprüchen an Gesundheit und Lebensqualität durch Neuentwicklungen in den Bereichen Diagnostik und Therapie gerecht zu werden. Das immunologische Erkennungs- und Abwehrsystem unseres Körpers sowie zellbiologische Nachweis- und Behandlungsverfahren sind dabei von besonderem Interesse.

Das Fraunhofer-Institut für Zelltherapie und Immunologie IZI erforscht und entwickelt spezielle Problemlösungen an den Schnittstellen von Medizin, Biowissenschaften und Ingenieurswissenschaften. Eine der Hauptaufgaben besteht dabei in der Auftragsforschung für biotechnologische, pharmazeutische und medizintechnische Unternehmen, Kliniken, diagnostische Labore sowie Forschungseinrichtungen.

In unserem aktuellen Jahresbericht erfahren Sie mehr über unsere Forschungsschwerpunkte, Standorte und Forschungsprojekte. Hier finden Sie auch einen Überblick über wichtige Corona-Forschungsprojekte unseres Hauses. Wir wünschen eine anregende Lektüre.

 

Jahresbericht 2020

Der Jahresbericht gibt Ihnen einen Einblick in die Struktur des Fraunhofer IZI, unsere Leistungen, Erfolge, Angebote sowie ausgewählte Projektbeispiele.