Fraunhofer-Institut für Toxikologie und Experimentelle Medizin
Fraunhofer-Institut für Toxikologie und Experimentelle Medizin

Anwendungsbeispiel »Stammzelltechnologien«

Menschliche Immunzellen aus iPSC

© Fraunhofer ITEM, Ralf Mohr

Im Fokus stehen Makrophagen – Immunzellen, die in Organen wie Lunge, Herz oder Gehirn eine zentrale Rolle für die Gewebefunktion und die Balance des Immunsystems spielen. Je nach Reiz, etwa Krankheitserreger oder Schadstoffe, reagieren sie in entzündungshemmender oder -fördernder Weise und koordinieren die Immunantwort. Ist diese Regulation gestört, können chronische Entzündungen, Fibrose oder Krebs entstehen.

Nutzung der differenzierten Immunzellen in Prüfsystemen

  • iMacroMAT: iPSC-abgeleitete Makrophagen zur Maßanfertigung des Pyrogentests
  • Nanopartikel-Toxizität und immunmodulatorische Wirkungen (Mode-of-Action, Validierung)
  • Material- und Oberflächen-(Immun)kompatibilität
  • Prüfung immunverändernder Substanzen (z. B. PFAS, Zytokininhibitoren, Immunmodulatoren)
  • Sensibilisierungsstudien für Substanzen mit inhalativem Expositionsweg
  • Entwicklung immunkompetenter Organsysteme und Organoide mit integrierten Makrophagen
  • Infektionsmodelle mit pathogenen Erregern oder viralen Komponenten
  • Entzündungsmodelle zur Analyse von Zytokinfreisetzung und Immunantworten
  • Pharmakologische Studien zu Immunaktivierung, -unterdrückung oder Wirkstoffpenetration
  • Langzeitkulturen zur Untersuchung chronischer Immunreaktionen
  • Vergleichsstudien zwischen Makrophagen-Subtypen (z. B. M1/M2-Polarisation, auch im Vergleich zu primären Zellen wie PBMC-Mac)
  • Cross-Talk-Analysen in multizellulären Organoiden und MPS-Systemen
Reaktor iPSC
© Fraunhofer ITEM

Von Vorläufern zu funktionellen Immunzellen

Skalierbare Herstellung und Co-Entwicklung humaner Immunzellmodelle:

  • hämatopoietische Vorläuferzellen mit breitem Differenzierungspotenzial in verschiedene Immunzell-Subtypen
  • Makrophagen – einschließlich pro- und antiinflammatorischer Subtypen, gewebsspezifischer sowie krankheitsassoziierter Makrophagen
  • skalierbare Produktion und kundenspezifische Entwicklung von Immunzelltypen für Forschung, Screening und Toxizitätsprüfungen
  • NK-Zellen und weitere funktionelle Immunzellmodelle zur Integration in 2D-, Organoid- und MPS-Systeme

Skalierbarkeit – Automatisierung – Kontinuität

Effiziente Entwicklung und Produktion humaner Zellmodelle

  1. Medien und Reagenzien: Evaluierung neuer Kulturmedien, Zytokine und Materialien für den Einsatz in iPSC-basierten Immunzellproduktionen
  2. Skalierbare Produktion: Testung und Optimierung bestehender Partnerprotokolle (PoC) für großvolumige Herstellungsprozesse
  3. Automatisierung: Weiterentwicklung zu standardisierten, automatisierten Workflows für reproduzierbare Ergebnisse
  4. Kontinuierliche Produktion: Kooperative Entwicklung neuer Herstellungsverfahren und Bereitstellung von ready-to-use Zellen für Forschung und Anwendung

»iMacroMAT«

iPSC-abgeleitete Makrophagen zur Maßanfertigung des Pyrogentests: skalier- und anpassbare Produktion von Makrophagen für die Prüfung parenteraler Arzneistoffe im Monozyten-Aktivierungstest gemäß regulatorischen Anforderungen.

Mehr über iMacroMAT

Attract Gruppe »IMMUNITY – Designerzellen«

In diesem Projekt werden induzierte pluripotente Stammzellen (iPSC) untersucht, mit dem Ziel eine standardisierte Herstellung von Immunzellen für die Arzneimittelforschung zu gewährleisten.

Mehr Info

Relevante Publikationen zu Stammzelltechnologien - Herstellung von menschlichen Immunzellen

Basílio-Queirós D, Rivière I, van der Stegen SJC, Lachmann N. iPSC-derived T cells and macrophages: Manufacturing and next-generation application approaches. Adv Drug Deliv Rev. 2025 Oct 13;227:115713. doi: 10.1016/j.addr.2025.115713. Epub ahead of print. PMID: 41093244.

Saleh F, Lachmann N, “Harnessing Intermediate-Scale Bioreactors for Next-Generation Macrophage Production and Application” Nature Protocols, 2025, accepted

Durán V, Nikolouli E, Chatterjee S, Costa B, Pavlou A, Ziegler A, Becker J, Baumann K, Bruhn M, Haake K, Hashtchin AR, Gensch I, Korte A, Behrens YL, Zhang SY, Casanova JL, Bär C, Lachmann N, Thum T, Kalinke U. Type I IFNs Decrease SARS-CoV-2 Replication in Human Cardiomyocytes and Increase Cytokine Production in Macrophages. J Clin Immunol. 2025 Oct 21;45(1):149. doi: 10.1007/s10875-025-01943-6. PMID: 41117873; PMCID: PMC12540622.

Basílio-Queirós D, Lachmann N. In vivo macrophage engineering for renal cancer therapy. Nat Cancer. 2025 May;6(5):743-745. doi: 10.1038/s43018-025-00912-7. PMID: 40301654.

Ackermann M, Saleh F, Abdin SM, Rafiei Hashtchin A, Gensch I, Golgath J, Carvalho Oliveira M, Nguyen AHH, Gaedcke S, Fenske A, Jang MS, Jirmo AC, Abeln M, Hansen G, Lachmann N. Standardized generation of human iPSC-derived hematopoietic organoids and macrophages utilizing a benchtop bioreactor platform under fully defined conditions. Stem Cell Res Ther. 2024 Jun 18;15(1):171. doi: 10.1186/s13287-024-03785-2. PMID: 38886860; PMCID: PMC11184717.

Rodriguez Gonzalez C, Basílio-Queirós D, Neehus AL, Merkert S, Tschritter D, Ünal S, Hegermann J, Mörgelin M, Bustamante J, Nietert MM, Martin U, Tümmler B, Munder A, Lachmann N. Human CFTR deficient iPSC-macrophages reveal impaired functional and transcriptomic response upon Pseudomonas aeruginosa infection. Front Immunol. 2024 Nov 13;15:1397886. doi: 10.3389/fimmu.2024.1397886. PMID: 39606224; PMCID: PMC11601075.

Paasch D, Lachmann N. CAR macrophages tuning the immune symphony of anti-cancer therapies. Cell Stem Cell. 2024 Jun 6;31(6):791-793. doi: 10.1016/j.stem.2024.05.006. PMID: 38848684.

Abdin SM, Mansel F, Hashtchin AR, Ackermann M, Hansen G, Becker B, Kick B, Pham N, Dietz H, Schaniel C, Martin U, Spreitzer I, Lachmann N. Sensor macrophages derived from human induced pluripotent stem cells to assess pyrogenic contaminations in parenteral drugs. Biofabrication. 2024 May 17;16(3). doi: 10.1088/1758-5090/ad4744. PMID: 38701770.

Abdin SM, Paasch D, Kloos A, Oliveira MC, Jang MS, Ackermann M, Stamopoulou A, Mroch PJ, Falk CS, von Kaisenberg CS, Schambach A, Heuser M, Moritz T, Hansen G, Morgan M, Lachmann N. Scalable generation of functional human iPSC-derived CAR-macrophages that efficiently eradicate CD19-positive leukemia. J Immunother Cancer. 2023 Dec 22;11(12):e007705. doi: 10.1136/jitc-2023-007705. PMID: 38135346; PMCID: PMC10749073.

Malainou C, Abdin SM, Lachmann N, Matt U, Herold S. Alveolar macrophages in tissue homeostasis, inflammation, and infection: evolving concepts of therapeutic targeting. J Clin Invest. 2023 Oct 2;133(19):e170501. doi: 10.1172/JCI170501. PMID: 37781922; PMCID: PMC10541196.

Ackermann M, Rafiei Hashtchin A, Manstein F, Carvalho Oliveira M, Kempf H, Zweigerdt R, Lachmann N. Continuous human iPSC-macrophage mass production by suspension culture in stirred tank bioreactors. Nat Protoc. 2022 Feb;17(2):513-539. doi: 10.1038/s41596-021-00654-7. Epub 2022 Jan 17. PMID: 35039668; PMCID: PMC7612500.