Kontinuierliche intraokuläre Wirkstoffgabe mittels Mikroverkapselung und Zellprogrammierung

Ist es in der Praxis wirklich möglich, eine kontinuierliche medikamentöse intraokuläre Behandlung retinaler Erkrankungen mit Hilfe eines Zellen enthaltenden Algen-Kollagen-Materials zu gewährleisten? Mehr dazu im heutigen Blog-Beitrag.

Vor über einem Jahr – im Januar 2019 - wurde eine experimentelle ophthalmologische Studie veröffentlicht, die die intraokuläre Wirkstoffgabe auf ein ganz neues Level bringen könnte. Eine Forschungsgruppe aus Hongkong hat sich mit der kontinuierlichen intraokulären Wirkstoffabgabe mittels ganz besonderer Zellimplantate befasst. Ein langfristiges Ziel ist es die Anzahl an intravitrealen Injektionen pro Patientin/pro Patient zu reduzieren, da diese mit Risiken wie einer Endophthalmitis oder einer visusreduzierenden Netzhautablösung einhergehen können. Auch könnten so die Therapieintervalle enorm verlängert werden. Aktuell müssen in manchen Fällen nach der Upload-Phase IVOM-Wiederbehandlungsintervalle von 4 Wochen eingehalten werden, um einen Visusverlust durch z.B. eine exsudative altersbedingte Makuladegeneration abzuwenden. Die intraokuläre Implantation von Wirkstoff-produzierenden Zellen in einer Mikroverkapselung könnte eine gezielte lokale kontinuierliche Therapie möglich werden lassen. Das Ganze klingt erst einmal noch etwas futuristisch. Der Beitrag reiht sich damit ganz gut zu den Beiträgen der letzten Monate ein, die sich mit der Produktion von Hornhauttransplantaten per medizinischem 3D-Drucker und Biotinte auseinandergesetzt haben. Ist es in der Praxis wirklich möglich, eine kontinuierliche medikamentöse intraokuläre Behandlung retinaler Erkrankungen mit Hilfe eines Zellen enthaltenden Algen-Kollagen-Materials zu gewährleisten? Mehr dazu im heutigen Blog-Beitrag.

Was ist eigentlich eine "Encapsulated-cell therapy (ECT)"?

Bei der "Encapsulated-cell therapy" befinden sich die genetisch modifizierten Zellen in einer Matrix natürlichen oder auch synthetischen Ursprungs. Die Zellen sind durch eine semipermeable Membran eingeschlossen.1 Daher der Name "Cell encapsulation" oder "Encapsulated-cell therapy", was auf Deutsch so viel bedeutet wie "Verkapselung genetisch veränderter Zellen in einer dreidimensionalen (3D) Polymermatrix".2 Durch die Verkapselung können die genetisch modifizierten Zellen für einen längeren Zeitraum im Zielgewebe verweilen und dort ihre Aufgabe erledigen.

Zu welchen Fortschritten sind wir in den letzten 100 Jahren auf dem Gebiet der "Encapsulated-cell therapy" gekommen?

Die technische Durchführung dieses fast 90 Jahre alten Konzepts war bisher der Grund dafür gewesen, dass die "Encapsulated-cell therapy" noch keinen Einzug in unseren klinischen Alltag genommen hat. Auch zeigten sich immunologische Reaktionen gegenüber den Bestandteilen der Mikrokapsel, den eingeschlossenen modifizierten Zellen, den therapeutischen Transgenen sowie den DNA-Vektoren.3 Eine Möglichkeit, diese Immunreaktionen zu minimieren, ist es, besonders reine Materialien zur Herstellung der Mikrokapsel zu verwenden. Ein größeres Problem stellen die eingeschlossenen Zellen selbst dar. Die Immunzellen des Wirtsorganismus erkennen diese Zellen als körperfremd und initiieren die angeborene und adaptive Immunantwort. Dies geschieht unter anderem durch den Austausch von Immunmediatoren. Eine selektive Restriktion der Diffusion sowie das Miteinschließen bestimmter Immunmediatoren in die Mikrokapsel wäre ein vielversprechender Lösungsansatz für dieses immunologische Problem.3

Der Forschungsgruppe aus Hongkong ist es in ihrer experimentellen Studie gelungen, diese beiden Problembereiche der "Encapsulated-cell therapy" lösungsorientiert anzugehen. Ihre Methode zeichnet sich zudem durch ein gutes Sicherheitsprofil aus, da eine Terminierung der Medikamenten-produzierenden Zellen durch die orale Gabe von Doxycyclin möglich ist. Auf diese Weise kann einem unkontrolliertem Zellwachstum entgegengesteuert werden. Die Forschungsgruppe aus Hongkong verwendete in ihrer Studie ein biokompatibles Alginat-Kollagen-Hydrogel mit einer Kollagenkonzentration 2mg/ml, 1.5%-igem Alginat und 50,000 Zellen pro Hydrogel als Mikrokapselmatrix. Die Zellen in diesem Modell produzierten eine Variante des neurotrophen Faktors GDNF (glial-cell derived neurotrophic factor). Theoretisch ist die Produktion verschiedener Faktoren möglich, um der Pathogenese retinaler Erkrankungen entgegenzuwirken.3 Dieses innovative Therapiekonzept könnte die Augenheilkunde revolutionieren. Nächstes Mal erfahren wir, ob dieses Konzept im Tiermodell funktioniert hat.

Referenzen:
1. Galvez-Martin P. et al. (2017). Encapsulation in Cell Therapy: Methodologies, Materials, and Clinical Applications. Curr Pharm Biotechnol. 2017;18(5):365-377. 2. https://ec.europa.eu/commission/presscorner/detail/de/IP_03_1715.
3. Wong F. S. Y. et al. (2019). Injectable cell-encapsulating composite alginate-collagen platform with inducible termination switch for safer ocular drug delivery. Biomaterials 201 (2019) 53–67.

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