Numerische Methoden für das Design und die Beschreibung von In-vitro-Expansionsprozessen humaner mesenchymaler Stammzellen

Der Beitrag untersucht die numerischen Methoden zur Optimierung von In-vitro-Expansionsprozessen humaner mesenchymaler Stammzellen (hMSCs). Diese Zellen sind aufgrund ihrer vielseitigen Anwendungen in der regenerativen Medizin von großer Bedeutung. Der Text beginnt mit einer Einführung in die Bedeutung zellbasierter Therapien und deren Potenzial, unheilbare Krankheiten zu behandeln. Es wird die wachsende Bedeutung von hMSCs in der regenerativen Medizin hervorgehoben, wobei deren Vorteile wie hohe Proliferationsrate und geringe ethische Bedenken betont werden. Der Beitrag geht detailliert auf die Herausforderungen der In-vitro-Expansion ein, wie biologische Variabilität und Empfindlichkeit gegenüber Kultivierungsbedingungen. Verschiedene Expansionsansätze, darunter planare (2D) und dynamische (3D) Kulturen, werden vorgestellt und diskutiert. Besonders hervorgehoben wird die Verwendung von Microcarriern und Sphäroiden in gerührten Bioreaktoren. Der Text beleuchtet die Vorteile und Herausforderungen dieser Methoden und zeigt, wie numerische Modelle wie Computational Fluid Dynamics (CFD) zur Prozessoptimierung eingesetzt werden können. Eine Fallstudie zur Charakterisierung von Spinnerflaschen mit CFD-Methoden veranschaulicht die praktische Anwendung dieser Techniken. Zudem wird die Entwicklung mathematischer Wachstumsmodelle zur Vorhersage des Zellwachstums diskutiert. Der Beitrag schließt mit einem Ausblick auf zukünftige Entwicklungen und die Bedeutung von Digital Twins in der Prozessentwicklung. Insgesamt bietet der Text eine umfassende Analyse der aktuellen Methoden und Technologien zur Optimierung der In-vitro-Expansion von hMSCs und hebt deren Potenzial für die regenerative Medizin hervor.