Von Zühlke entwickeltes vollautomatisches Gerät zur Zellisolierung. ©Zühlke

Personalisierte Haut für Verbrennungsopfer: Laborsituation bei Cutiss. ©Zühlke

Personalisierte Haut für Verbrennungsopfer

Publiziert

Das Schweizer Life-Science-Start-up Cutiss will die operative Behandlung von Verbrennungsopfern revolutionieren: personalisierte, biotechnologisch hergestellte Haut aus dem Labor ermöglicht es, grosse Mengen an Haut herzustellen und die Narbenbildung deutlich zu reduzieren. Zühlke hat das Unternehmen auf dem Weg zur Marktreife mit der Konzeption und Umsetzung eines automatisierten Prozesses unterstützt.

Grossflächige Verbrennungen der Haut bedeuten oft ein jahrelanges Martyrium für die Betroffenen – inklusive schmerzhafter medizinischer Komplikationen. Mit dem innovativen Produkt denovoSkin will die Cutiss AG – gegründet als Ausgliederung der Universität Zürich und des Universitäts- Kinderspitals Zürich – die Hautchirurgie auf die nächste Stufe heben und die derzeitigen Behandlungsmethoden revolutionieren. Bei denovoSkin  handelt es sich um ein Hauttransplantat aus körpereigenen Zellen der Patienten. Es verspricht, mitzuwachsen, die Narbenbildung zu begrenzen und die Anzahl der erforderlichen Folgeoperationen drastisch zu reduzieren. Eine besondere Erleichterung bedeutet das für Kinder, die bei den bisherigen Transplantations-Verfahren Dutzende von Operationen über sich ergehen lassen müssen. Bei der derzeitigen Standardbehandlung – der Autotransplantation – ist aufgrund zu weniger körpereigene Spenderstellen die Haut oft nicht in ausreichender Menge verfügbar oder sie ist zu dünn.  Die Folge: Die offenen Wunden werden zu dauerhaften, schmerzhaften und entstellenden Narben, die häufig durch Folgeoperationen korrigiert werden müssen. Jährlich erleiden weltweit rund elf  Millionen Menschen schwere Verbrennungen.

Die von Cutiss entwickelte personalisierte, biotechnologisch hergestellte Haut wächst nicht nur mit, sie kann auch in grosser Menge hergestellt  werden. Ausgehend von einem briefmarkengrossen Stück wird die gesunde Haut der Patienten flächenmässig um mindestens das 100-Fache  vervielfältigt. Dabei werden die Zellen zunächst isoliert, dann vervielfältigt und schliesslich mit Kollagen kombiniert, um neues Gewebe zu formen.  denovoSkin befindet sich in der Schweiz und in der Europäischen Union in der späten Phase der klinischen Prüfung.

Ohne Automatisierung keine Wirtschaftlichkeit
Aktuell erfolgen biotechnologische Herstellungsprozesse zumeist noch von Hand. Diese manuellen Prozesse kosten Zeit, erfordern viel hoch  spezialisiertes Personal und sind deshalb teuer. Von Beginn an war Cutiss deshalb klar: Ein Wachstum basierend auf dem manuellen Verfahren  allein wäre eine grosse Herausforderung. Ein entscheidender Schritt für das Life-Science-Start-up ist daher die Automatisierung. Bei der Entwicklung  des automatisierten Prozesses, der den Produktionsaufwand für die biotechnologisch hergestellte Haut minimieren soll, wurde Cutiss von dem  Innovationsdienstleister Zühlke unterstützt. In einem agilen Vorgehen und in einem interdisziplinären Team führte Zühlke detaillierte Analysen durch und erarbeitete gemeinsam mit den Experten von Cutiss das Konzept für einen auf das Wesentliche reduzierten automatisierten Prozess. Dabei hat Zühlke sowohl technologische als auch ökonomische Expertise eingebracht. Das Team des Innovationsdienstleisters bestand aus Kunststoffexperten, Elektronikingenieuren, Softwareentwicklern und Usability Experten.

Auf der Seite von Cutiss waren Biologen, Ärzte und Laborwissenschaftler eingebunden. Gestartet wurde mit einer Prozess- Analyse, Interviews sowie Beobachtungen im Labor. Bis ins kleinste Detail wurden alle Schritte und Parameter des manuellen Prozesses aufgenommen. Es wurde diskutiert und gebrainstormt. Um den Know-how-Transfer sicherzustellen, kamen die Teams über Monate mindestens einmal in der Woche zusammen. Entwickelt wurde zunächst folgender Prozess: Entnommen wird eine Biopsie, die in ein Labor geschickt wird, wo sie innerhalb von 48 Stunden ankommen muss. Dann kommt die Haut in ein Gerät, in dem die Zellen isoliert werden. Von da kommen die Zellen in ein Vervielfältigungsgerät und  anschliessend in ein Tissue-Formation- Modul, in dem aus ihnen das neue Gewebe entsteht. Zum Schluss wird die Haut wieder in die Klinik gebracht.

Im nächsten Schritt wurde ein Closed System entwickelt, in dem die Haut während des gesamten Verarbeitungsprozesses verbleiben kann. So wird der sterile Raum auf ein Minimum reduziert: auf ein Kunststoff-Disposable. Die Zellen verlassen dieses geschlossene System auf dem Weg vom Krankenhaus zu Cutiss und wieder zurück zu den Patienten nie. Die Zellen werden innerhalb des Disposable durch Schläuche von einem Container in den nächsten gepumpt. Der Vorteil: Die Produktion der biotechnologisch hergestellten Haut ist damit optimiert, sicher und kann skaliert werden.

Kosten deutlich reduziert
Darüber hinaus können durch die vollständige Automatisierung die Kosten massiv reduziert werden. Dass dieses Konzept im Bereich der Zellisolierung tatsächlich funktioniert – technisch und biologisch – zeigte schon ein erster funktionaler Prototyp, den Zühlke innerhalb von nur fünf  Monaten entwickelt hat. Dieser Proof of Concept bewies, dass die Hautzellen tatsächlich automatisiert isoliert werden können. Der Prozess ist das  weltweit erste Beispiel für ein automatisiertes Verfahren, bei dem aus patienteneigenen Zellen Keratinozyten und Fibroblasten getrennt gesammelt werden.

Damit war der erste Prototyp ein wichtiger Meilenstein für Cutiss. Gezeigt werden konnte zudem: Die Automatisierung des Prozesses spart Hunderte Arbeitsstunden und Hunderte Liter an Einwegprodukten (beispielsweise aus Kunststoff) pro Patient, die bei dem manuellen Prozess im Labor anfallen.

Nach der erfolgreich abgeschlossenen Testphase des Proof of Concept hat Zühlke eine neue Generation dieses Gerätes für die Zellisolierung entwickelt. Dabei handelt es sich um ein optimiertes R&DGerät, das für die weitere Forschung und Prozessoptimierung eingesetzt wird. Anders als  beim ersten kleiderschrank-grossen Gerät besteht bei der aktuellen Table- Top-Version nun sämtliches Kunststoffzubehör, das mit dem Gewebe und den Zellen des Patienten in Kontakt kommt, aus einem Stück. Dieses kann nach Gebrauch einfach entsorgt werden.

Vollautomatische Zellisolierung ist möglich
Mit dem von Zühlke entwickelten Gerät werden die Zellen vollautomatisch isoliert, bis man am Ende zwei Beutel mit den beiden verschiedenen Zelltypen erhält. Zur Zellisolierung sind keine manuellen Eingriffe mehr nötig. Dadurch wird nicht nur Zeit gespart, sondern auch das Risiko einer mikrobiellen Kontamination stark reduziert. Eine Lösung, die überzeugt: Für das Disposable-Set mit smarter Einlegehilfe, für das mehrere Kunststoff-Herstellungsverfahren kombiniert wurden, wurden Cutiss und Zühlke im Rahmen der Swiss Plastics Expo 2023 mit dem Award für Engineering ausgezeichnet.

Das von Zühlke entwickelte Isolationsgerät ist Teil des gesamten Automatisierungsprogramms von Cutiss, für den in Zusammenarbeit mit dem  Innovationspartner CSEM eine weitere Maschine zur Produktion der biotechnologisch hergestellten Haut entwickelt wurde. Zudem wird ein auf dem Markt erhältliches Zellexpansionsgerät der Firma Terumo für den Einsatz bei Cutiss getestet. Für die Entwicklung des Automatisierungsprozesses erhielt Cutiss Fördergelder von Innosuisse und dem EU-Forschungsprogramms Horizon 2020.

EVENTS

all about automation

Fachmesse für Industrieautomation

Datum: 28.-29. August 2024

Ort: Zürich (CH)

maintenance Schweiz

Schweizer Fachmesse für industrielle Instandhaltung und Facility Management

Datum: 28.-29. August 2024

Ort: Zürich (CH)

Topsoft - ONE Fachforum

Lerne am ONE Fachforum erfolgreiche Praxisanwendungen kennen.

Datum: 12. September 2024

Ort: Holzhäusern (CH)

Ilmac Lausanne

Networking. Forum. Aussteller

Datum: 18.-19. September 2024

Ort: Lausanne (CH)

FachPack

Europäische Fachmesse für Verpackung, Technik, Veredelung und Logistik

Datum: 24.-26. September 2024

Ort: Nürnberg (D)

W3+ Fair Jena

Europas führende Plattform für Forschung und Innovationskraft

Datum: 25.-26. September 2024

Ort: Jena (D)

Cleanzone

Internationale Fachmesse und Kongress für Reinraumtechnologie

Datum: 25.-26. September 2024

Ort: Frankfurt am Main (D)

Rehacare

Die REHACARE ist die internationale Fachmesse für Rehabilitation, Prävention, Inklusion und Pflege.

Datum: 25.-28. September 2024

Ort: Düsseldorf (D)

IN.STAND

Die Messe für Instandhaltung und Services

Datum: 08.-09. Oktober 2024

Ort: Stuttgart (D)

VISION

Weltleitmesse für Bildverarbeitung

Datum: 08.-10. Oktober 2024

Ort: Stuttgart (D)

IFAS

Fachmesse für den Gesundheitsmarkt

Datum: 22.-24. Oktober 2024

Ort: Zürich (CH)

ALL4PACK EMBALLAGE

The global marketplace for Packaging Processing Printing Handling

Datum: 04.-07. November 2024

Ort: Paris (F)

electronica

Weltleitmesse und Konferenz der Elektronik

Datum: 12.-15. November 2024

Ort: München (D)

Filtech

Internationale Fachmesse für Filter- und Trenntechnologie

Datum: 12.-14. November 2024

Ort: Köln (D)

SEMICON Europa

Europäische Leitmesse für Mikroelektronik

Datum: 12.-15. November 2024

Ort: München (D)

VALVE WORLD EXPO

Weltweite Leitmesse für Industrie-Armaturen

Datum: 03.-05. Dezember 2024

Ort: Düsseldorf (D)

Empack Schweiz

The Future of Packaging Technology

Datum: 22.-23. Januar 2025

Ort: Zürich (CH)

LOGISTICS & AUTOMATION

Schweizer Fachmesse für Logistik und Transport

Datum: 22.-23. Januar 2025

Ort: Zürich (CH)

Vivaness

Internationale Fachmesse für Naturkosmetik

Datum: 11.-14. Februar 2025

Ort: Nürnberg (D)

ZHAW-IFM Day

Der IFM-Day der ZHAW findet als Begegnungstag für FM-Ausbildung und FM-Praxis statt.

Datum: 07. März 2025

Ort: Wädenswil (CH)

LogiMat

Internationale Fachmesse für Intralogistik

Datum: 11.-13. März 2025

Ort: Stuttgart (D)

Global Industrie

Midest - smart Industries - Industrie - Tolexpo - die weltweit grössten Fachmessen für die Industriezulieferwirtschaft

Datum: 11.-14. März 2025

Ort: Lyon (F)

Additive Manufacturing Forum

Die Entscheider- und Expertenkonferenz bringt das gesamte Wertschöpfungssystem rund um die additive Fertigung zusammen.

Datum: 17.-18. März 2025

Ort: Berlin (D)

Hannover Messe

Transfoming Industry Togheter

Datum: 31. März.-04. April 2025

Ort: Hannover (D)

LABVOLUTION

Europäische Fachmesse für innovative Laborausstattung und die Optimierung von Labor-Workflows

Datum: 20.-22. Mai 2025

Ort: Hannover (D)

CosmeticBusiness

Entdecken Sie innovative Verpackungslösungen für eine nachhaltige Zukunft der Kosmetikindustrie

Datum: 04.-05. Juni 2025

Ort: München (D)

The Pharma Days

Die Pharma Days (TPD) sind eine Veranstaltung unter Ausschluss der Öffentlichkeit, die Zusammenarbeit, Innovation und Geschäftswachstum vorantreiben soll.

Datum: 04.-05. Juni 2025

Ort: Genf (CH)

Automatica

Die Leitmesse für intelligente Automation und Robotik

Datum: 24.-27. Juni 2025

Ort: München (D)

LASER World of PHOTONICS

Weltleitmesse und Kongressfür Komponenten, Systeme und Anwendungen der Photonik

Datum: 24.-27. Juni 2025

Ort: München (D)

SINDEX

Schweizer Messe für industrielle Automatisierung

Datum: 02.-04. September 2025

Ort: Bern (CH)

Ilmac

Fachmesse für Prozess- und Labortechnologie

Datum: 16.-18. September 2025

Ort: Basel (CH)

CMS Berlin

Internationale Leitmesse für Reinigung und Hygiene

Datum: 23.-26. September 2025

Ort: Berlin (D)

POWTECH

Pharma.Manufacturing.Excellence

Datum: 23.-25. September 2025

Ort: Nürnberg (D)

A + A

Messe und Kongress für Arbeitsschutz und Arbeitssicherheit

Datum: 04.-07. November 2025

Ort: Düsseldorf (D)

AQUA Suisse

Die Schweizer Fachmesse für kommunales und industrielles Wassermanagement.

Datum: 26.-27. November 2025

Ort: Zürich (CH)

Pumps & Valves

Die Fachmesse für industrielle Pumpen, Armaturen & Prozesse

Datum: 26.-27. November 2025

Ort: Zürich (CH)

Swissbau

Führende Plattform der Bau- und Immobilienwirtschaft

Datum: 20.-23. Januar 2026

Ort: Basel (CH)

aqua pro

B2B-Plattform in der Schweiz für Fachkräfte des globalen Wasserkreislaufs

Datum: 04.-06. Februar 2026

Ort: Bulle (CH)

analytica

Weltleitmesse für Labortechnik, Analytik, Biotechnologie und analytica conference

Datum: 24.-27. März 2026

Ort: München (D)

Siams

Die Messe der Produktionsmittel der Mikrotechnik

Datum: 21.-24. April 2026

Ort: Moutier (CH)

IFAT

Weltleitmesse für Wasser-, Abwasser-, Abfall- und Rohstoffwirtschaft

Datum: 04.-08. Mai 2026

Ort: München (D)

interpack

Führende Messe für Prozesse und Verpackung

Datum: 07.-13. Mai 2026

Ort: Düsseldorf (D)

Bezugsquellenverzeichnis