Global HIV Vaccine Research Cryorepository (GHRC)

Eine zukunftsweisende Plattform zur Sammlung, Präparation, Konservierung und Verteilung von Reagenzien und klinischen Proben für weltweite Netzwerke unter Einsatz optimierter Prozesse der Probenaufarbeitung und deren Kryokonservierung steht am Fraunhofer IBMT zur Verfügung. Am Fraunhofer IBMT wurde im Rahmen der globalen Initiative zur Entwicklung eines HIV-Impfstoffes (Collaboration for AIDS Vaccine Discovery – CAVD), die von der Bill & Melinda Gates-Foundation finanziell getragen wird, eine globale HIV-Kryobank der Sicherheitsstufe S3 aufgebaut.

In dieser einzigartigen Bank für Viren und andere Mikroorganismen stehen die unterschiedlichsten für die Impfstoffforschung benötigten und daraus entwickelten Reagenzien zur Verfügung, die dann für eine umfassende molekularbiologische und immunologische Charakterisierung eingesetzt werden. Die HIV-Kryobank untersteht einem zertifizierten Qualitätssicherungsprogramm, das das Arbeiten nach den Richtlinien der Good Clinical Laboratory Practice (GCLP) kontrolliert.

Eine weitere Entwicklung ist ferner die automatisierte Produktion spezieller Agenzien (z. B. von HIV-1 Env- Pseudovirusstämmen). Diese Materialien, welche unter GCLP hergestellt und getestet werden, werden für die weitere Entwicklung und Testung von Impfstoffen gegen HIV genutzt.

Im Juni 2004 riefen die G8-Staaten auf ihrem Weltwirtschaftgipfel in Sea Island (Georgia, USA) zu einer globalen Initiative auf, die der Entwicklung eines Impfstoffes gegen das Humane Immundefizienzvirus (HIV), des Erregers der Immunschwächekrankheit AIDS, dienen soll. Eine dieser globale Initiativen für die Entwicklung eines HIV-Impfstoffes ist die Collaboration for AIDS Vaccine Discovery (CAVD), welche unter anderem den Aufbau koordinierter globaler Entwicklungszentren (einschließlich des Fraunhofer IBMT Konsortiums) für einen HIV-Impfstoff zum Ziel haben. Diese Aktivitäten werden durch die Bill & Melinda Gates-Stiftung finanziell unterstützt.

Die Bill & Melinda Gates-Stiftung ist die weltweit größte private Stiftung und fördert Programme zur Bekämpfung von Infektionskrankheiten, insbesondere Tuberkulose, HIV und Malaria. Das Evaluationsverfahren wählt Projekte aus, die sich durch besondere Anwendungsnähe und einen globalen medizinischen Nutzen, insbesondere für Entwicklungsländer, auszeichnen.

Diese globale Aktivität gilt als ein wichtiger Baustein bei der Entwicklung eines HIV-Impfstoffs. In diesem Programm erhielt das internationale Konsortium unter Koordination des Fraunhofer-Instituts für Biomedizinische Technik (IBMT) den Zuschlag mit der Aufgabe der Entwicklung und Installation einer der modernsten globalen HIV-Kryobanken (Global HIV Vaccine Research Cryobank – GHRC).

Das Projekt geht auf langjährige Vorarbeiten zurück, einerseits auf die Arbeiten des WHO-UNAIDS-koordinierten HIV-Netzwerkes und andererseits auf die Entwicklungen der Fraunhofer-Gesellschaft im Bereich der Kryotechnologien. Partner in dem Projekt sind namhafte Einrichtungen aus Europa und den USA: die Weltgesundheitsorganisation (WHO) in Genf, das National Institute for Biological Standards and Control (NIBSC) in London, das San Raffaele Scientific Institute (DIBIT) in Mailand, die Universität Lund, die Universität des Saarlandes sowie regionale Labore in Schwellenländern (z. B. Stellenbosch University in Kapstadt, Südafrika).

Dem Konsortium stand in dem zunächst für drei Jahre angelegten Projekt ein Budget von etwas mehr als neun Millionen Dollar zur Verfügung, davon 7,5 Millionen US$ Zuwendung von der Gates-Stiftung und weiterhin deutsche Kofinanzierungen durch die Fraunhofer-Gesellschaft mit rund 1,2 Millionen US$ und durch das Wirtschaftsministerium des Saarlandes mit 600.000 US$. Das Projekt befindet sich aktuell in der zweiten Verlängerung und wird weiterhin von den genannten Zuwendungsgebern mit 6,5 Millionen US$ in den beiden Verlängerungsperioden unterstützt.

Im Jahr 2006 erhielt ein internationales Konsortium, koordiniert durch das Fraunhofer-Institut für Biomedizinische Technik (IBMT), ein erstes Projekt der Bill & Melinda Gates Foundation zum Aufbau einer beispielhaften HIV-Biobank für die Impfstoffentwicklung gegen AIDS im Rahmen der Collaboration for AIDS Vaccine Discovery – CAVD.

Das Projekt geht auf langjährige Vorarbeiten zurück, einerseits auf die Arbeiten des WHO-UNAIDS-koordinierten HIV-Netzwerkes und andererseits auf die Entwicklungen der Fraunhofer-Gesellschaft im Bereich der Kryotechnologien. Das HI-Virus stellt nach wie vor ein ungelöstes Problem dar. Ein Impfstoff existiert trotz jahrzehntelanger Forschung immer noch nicht. Dies liegt unter anderem an der ausgeprägten Anpassungsfähigkeit dieser Viren, deren Wandlungsfähigkeit mittlerweile zur Verbreitung zahlreicher Virusvarianten auf der Welt geführt hat, und ihrer Vermehrung gerade in den Zellen des Immunsystems der Infizierten.

Ein unabdingbares Instrument für die Forschung und Impfstoffentwicklung stellen deshalb Virensammlungen dar. Diese immer wertvoller und umfangreicher werdenden Virensammlungen sind zurzeit stark dezentral verteilt und technologisch unzureichend standardisiert. Der Vorstoß des internationalen Konsortiums war es nun, in kürzester Zeit eine zentrale HIV-Bank in Form einer beispielgebenden, modernen Kryobank zu konzipieren und zu errichten. In dieser HIV-Bank sollen Viren und Zellen des Immunsystems sowie andere daraus abgeleitete Reagenzien bei Temperaturen des flüssigen Stickstoffs perfekt konserviert werden und sind jederzeit abrufbar.

Charakteristisch für die Fraunhofer-Technologieplattform ist beispielsweise, dass die biologischen Proben in kleinsten geschlossenen Substraten abgelegt werden, die die Entnahme einzelner Probenteile bei tiefsten Temperaturen erlauben. Der Vorteil dieser im Rahmen von Mikrosystemtechnik- und Nanobiotechnologie-Projekten des BMBF entwickelten Verfahren ist, dass der Rest der wertvollen Probe kalt und damit sicher aufbewahrt bleibt. Ein weiteres Glied in der Kette der Kryobank-Entwicklungen bilden tieftemperaturtaugliche elektronische Speicherchips, die fest mit der Probe verbunden sind. Sie lassen sich auch noch bei -180 °C, also in einer eiskalten Kryowelt wie sie vergleichsweise auf dem Planeten Neptun anzutreffen wäre, lesen und beschreiben. Auch das ist eine Entwicklung, die nicht nur für Kryobanken, sondern auch für die Raumfahrt bedeutungsvoll ist. In den Kryotanks liegen damit unverwechselbar mit jeder Probe verbunden noch einmal die Informationen der zentralen Datenbank portionsweise dezentral vor. Eine falsch abgelegte Probe würde z. B. durch die permanente Kommunikation der zentralen Datenbank mit den tiefkalten Chips in den 2 m hohen Kryobehältern automatisch erkannt und korrigiert werden. Diese Technologie setzt Standards nicht nur für die HIV-Ablage. Sie ist zugleich ein Kernelement des gerade beginnenden Zellbankings im Zusammenhang mit Stammzellen und deren Nutzung für die Regenerative Medizin.

In dem Projekt wird jedoch nicht nur eine einzigartige Virenbank aufgebaut, vielmehr ist geplant, daneben unterschiedlichste für die Impfstoffforschung benötigte und daraus entwickelte Reagenzien in der Bank abzulegen, die für eine umfassende virologische und immunologische Charakterisierung zur Verfügung stehen und die Basis für die weitere Entwicklung von Impfstoffen und auch neuer Therapien darstellen. Auf die Proben und daraus gewonnenen wichtigen biologischen Primärdaten für die Bioinformatik können dann Wissenschaftler aus aller Welt zugreifen.

Nach zweistufiger positiver Evaluierung durch die Bill & Melinda Gates Stiftung am 14. September 2007 wurde am Fraunhofer IBMT am Standort Sulzbach die weltweit erste Kryobank der Sicherheitsstufe S3, ein globales HIV-Cryorepository, offiziell in Betrieb genommen. Das IBMT beherbergt damit die wohl modernste Biobank der Welt, mit elektronischer Identifizierung der Proben, tieftemperaturtauglichen Speicherchips an jedem Probenröhrchen und einem hohen Grad an Automatisierung. Im Juli 2009 wurde die Pilot-Phase des Projekts unter der Koordination des Fraunhofer IBMT in enger Zusammenarbeit mit den 11 internationalen Partnern in allen Punkten erfolgreich abgeschlossen. Dabei wurde 2009 die Biobank mit den angegliederten Laboren nach den europäischen als auch amerikanischen GCLP-Richtlinien (Good Clinical Laboratory Practice) zertifiziert.

Unmittelbar nach Abschluss des Projekts erhielt das IBMT den Zuschlag für ein zweites Projekt, in dem einmal die Erweiterung der Forschungsbank und deren internationale Vernetzung vorangetrieben werden soll, zum anderen dringend benötigte Laborautomaten, die die Impfstoffentwicklung beschleunigen werden, aufzubauen sind. Der Ausbau der IBMT-Biobanktechnologie kann auf viele klinische und biotechnologische Anwendungen übertragen werden. Auch dieses Projekt wird vom Fraunhofer IBMT koordiniert, in enger Kooperation mit der Medizinischen Fakultät der Universität des Saarlandes, der Weltgesundheitsorganisation (WHO, Genf), dem National Institute for Biological Standards and Control (NIBSC, Großbritannien), der Universität in Lund (Schweden), dem San Raffaele Scientific Institute (DIBIT, Italien), dem Instituto de Biologia Experimental e Tecnológica (IBET, Portugal) und der Universitat Pompeu Fabra (UPF, Spanien) sowie einem Netzwerk von medizinischen Einrichtungen in Entwicklungsländern.

HIV Specimen Cyrorepository

  • Design und Realisierung voll integrierter, automatisierter Biobanken
  • Design von Biobanken für infektiöses Material bis Biosicherheitsstufe (BSL)-3
  • Konzepte und innovative Hard- und Software-Komponenten im Bereich des Kryoprocessings und -equipments (smart cryovials, Einfrier-/Auftau- sowie Lagersysteme, Labor- & Datenmanagementsystem, Entwicklung mobiler Labore bis BSL-3)
  • zentrale Backup-Lagerung und Probenmanagement
  • Unterstützungsdienstleistungen für klinische Impfstoffstudien
  • Bereitstellung von Kryomedien und Protokollen für die kontrollierte Probenkonservierung