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Frank Thelen investiert in Startup, das Mini-Organe züchtet

Obwohl sich Frank Thelen (l.) eher für Software begeistert, fließt sein Geld diesmal in ein Hardware-Startup. Die Biothrust-Gründer freut es (v.l.n.r.): Patrick Bongartz, Konstantin Kurz und Moritz Meyer. - Copyright: Biothrust
Obwohl sich Frank Thelen (l.) eher für Software begeistert, fließt sein Geld diesmal in ein Hardware-Startup. Die Biothrust-Gründer freut es (v.l.n.r.): Patrick Bongartz, Konstantin Kurz und Moritz Meyer. - Copyright: Biothrust

Patrick Bongartz fand, dass seine Technologie zur Vermehrung von Stammzellen mehr sein sollte als bloß das Ergebnis seiner Doktorarbeit. Als er während seiner Promotion in chemischer Verfahrenstechnik 2016 den Maschinenbau-Studenten Moritz Meyer an der RWTH Aachen kennenlernte, sie gemeinsam das Verfahren entwickelten und ein Patent anmeldeten, war klar: Daraus konnte ein Business entstehen. „Andere Institute und Firmen hatten schon Interesse bekundet. Also haben wir überlegt, ob wir das nicht aus dem Labor rausbringen können, sodass andere etwas davon haben“, erzählt der Gründer. Mit WHUler Konstantin Kurz, der zuvor als Berater bei Oliver Wyman arbeitete und beide 2020 über das Co-Founder-Matching der Hochschule kennenlernte, stand das Team. 2022 gründeten sie das Biotech-Startup Biothrust.

Auf den ersten Blick erinnert der Behälter an einen Schwimmpool-Filter oder an eine ungewöhnliche Salatschleuder. In dem Gefäß rotieren über 1000 weiße Stäbe aus einem Spezial-Kunststoff, im Fachjargon „Hohlfasern“ genannt. Biotechniker Bongartz vergleicht sie mit Maccheroni-Nudeln, die durch ihren Innenraum Luftströme, genauer gesagt, Sauerstoff und CO2, für den Stoffwechsel der Zellen durchleiten. Außen umgibt die Kunststoff-Röhrchen eine Nährlösung. Das Gerät nennt sich „bionischer Bioreaktor“. Hier reifen unter natürlichen Bedingungen tausende Stammzellen heran, die einmal vielen Patienten mit schwer heilbaren Krankheiten, wie Parkinson, Alzheimer, Herzmuskelentzündungen, verschiedenen Krebserkrankungen, Diabetes I und Kniearthrose helfen könnten. So sorgen Stammzelltherapien dafür, verlorenes Gewebe im Körper zu ersetzen oder zu reparieren. Bislang ist eine solche Behandlung aber vor allem eines: aufwändig und teuer. Das wollen die Gründer ändern, indem sie Stammzellen schneller und in größeren Mengen herstellen wollen.

Weniger Stammzellen gehen kaputt

Die Besonderheit: Durch die Membran ihres Brutkastens gelangt kein Wasser von außen durch, sondern lediglich gelöstes Gas. Molekül für Molekül, erklärt Bongartz. Dadurch entstehen in der Nährlösung keine Gasbläschen. Genau diese seien das Hauptproblem in den bisherigen Bioreaktor-Verfahren. Denn um die Zellen in den zum Teil zwei Liter umfassenden Gefäßen mit Sauerstoff zu versorgen, wurde bislang Gas reingesprudelt. Der Druck, der dabei entsteht, wirkt sich allerdings negativ auf die fragilen Stammzellen aus. „Wenn die Gasbläschen mit normaler Geschwindigkeit aufsteigen, haben sie genug Kraft, um die empfindlichen Zellen in der Umgebung zu zerstören“, sagt Bongartz. Bei der Lösung von Biothrust entfalle dieser Effekt. Zudem sorgten die Hohlfasern, die sich wie Segel langsam durch die Flüssigkeit bewegen, dafür, dass sich Nährstoffe gleichmäßig verteilen und Zell-Abfallprodukte wegtransportiert werden.

Dadurch wollen die Aachener auch dem „Wannenstapel“-Modell, wie es klassische Biopharmafirmen nutzen, einen Schritt voraus sein. Dort werden hunderte Petrischalen zu einem Berg aufeinandergestapelt, um die Stammzellproduktion zu skalieren. Zwar besteht bei den Stapeln keine Gasbläschen-Problematik, weil der Stoffwechsel einfach über die Oberfläche der Petrischalen stattfinden kann, da sie mit nur wenig Flüssigkeit gefüllt sind und viel Luft entweichen kann. Allerdings herrschen nicht überall die gleichen Nährstoff-Bedingungen, je nachdem, ob sich eine Stammzellen-Schale oben oder unten im Turm befindet. „Das funktioniert so gut wie mit einer Bratpfanne Tennis zu spielen“, sagt Bongartz.

Frank Thelen investiert, obwohl Startup „unsexy“ ist

Mitgründer Kurz betont, dass es bei den Verfahren vor allem darum gehe, die Dichte an Stammzellen pro Milliliter zu erhöhen. „Mit unserem Gerät werden die Stammzellen nicht schneller wachsen, aber sie weisen eine höhere Zelldichte in derselben Zeit auf, weil weniger zerstört wird.“ Bei Insektenzellen habe das Startup beispielweise zeigen können, dass sie binnen 48 Stunden doppelt so viele Zellen produzieren können wie mit einem etablierten System. „Wir gehen davon aus, dass sich bei menschlichen Zellen noch ein viel größeres Potenzial von mindestens einer Vervierfachung ergibt“, so Kurz. Die Studien dazu liefen noch bis zum Sommer. Ausgehend davon erwarten die Gründer, dass Stammzellen aus ihrem Bioreaktor neben der höheren Quantität auch eine bessere Qualität aufweisen, weil sie weniger Stress ausgesetzt sind. Das wiederum könnte somit auch einen Einfluss darauf haben, wie gut körperfremde Stammzellen von einem Empfänger angenommen werden. Pro Infusion seien zwischen 300 und 500 Millionen Stammzellen erforderlich.

Trotz der medizinischen Bedeutung ihres Geräts stellt der von Biothrust entwickelte Bioreaktor nicht unbedingt den klassischen VC-Case dar. „Eine Hardware, die es ermöglicht, Stammzellen schneller wachsen zu lassen. Das klingt erstmal enorm unsexy“, sagt Investor Frank Thelen. Er entschied sich trotzdem dazu, über seine Beteiligungsfirma Freigeist nun einen niedrigen siebenstelligen Betrag in das Biotech-Startup aus Aachen zu investieren – seine erste Transaktion nach anderthalb Jahren. Der Grund: „Wir glauben, dass man daraus etwas Gutes bauen kann, aktuell sind Deeptech-Investoren aber sehr vorsichtig geworden. Da haben wir gesagt: Kommt, lasst es uns tun.“ Weiter erklärt Thelen: „Am Ende des Tages geht es immer darum, etwas so zu skalieren, dass alle etwas davon haben. Die Stammzellentherapie, wie es sie heute gibt, ist einfach nicht bezahlbar. Wenn das Startup aber erfolgreich ist, wird sie für alle zugänglich.“

Stammzelltherapie kann mehr als 100.000 Euro kosten

Generell können die Kosten für eine Stammzellentherapie stark variieren. Das hängt unter anderem davon ab, ob körpereigene Stammzellen einem Patienten entnommen, modifiziert und wieder eingesetzt werden (autolog) oder ob körperfremde Stammzellen eines Spenders (allogen) für eine Behandlung verwendet werden. Letzteres kann etwa hunderten Patienten auf einmal helfen. Daneben spielen der Arbeitsaufwand sowie hochpreisige Bio-Wachstumsstoffe, darunter Hormone und künstliches Fruchtwasser, in die Kosten mit rein. Laut dem Medizin-Portal Wissensschau des Immunologen Volker Henn können Therapien zwischen 2.000 und mehr als 100.000 Euro teuer sein, wenn Behandlungen mehrfach wiederholt werden müssen. Bongartz zufolge seien Kosten von bis zu einer Million Dollar nicht ungewöhnlich. Zudem übernehmen Krankenkassen Gebühren nur, wenn die Wirksamkeit einer Therapie belegt und in der EU zugelassen ist. Sobald keine ausreichende wissenschaftliche Grundlage vorliegt, wird es schwierig.

Laut dem Stammzellnetzwerk NRW, einem Verein, dem 24 Universitäten, Unikliniken und Forschungseinrichtungen mit Fokus auf Stammzellforschung angehören, befinden sich allerdings noch die meisten Therapien, etwa zur Behandlung von Diabetes oder Parkinson, in der prä-klinischen Forschung. Bisher zugelassen sei demnach die Transplantation von Knochenmark- und Blutstammzellen, von Hautstammzellen und von Hornhautstammzellen im Auge. Im Jahr 2022 zählte das zentrale Knochenmarkspender-Register Deutschland (ZKRD) hierzulande etwa 6.835 Stammzellspenden.

Startup züchtete schlagende Miniatur-Herzen

Was die Technologie von Biothrust angeht, eigne sich das System den Gründern zufolge für jegliche Typen von Stammzellen. Das ist auch erforderlich: Denn ihre Kunden, seien es Unikliniken, Spin-Offs davon, Forschungsinstitute oder die Pharma-Industrie, arbeiten abhängig von der Krankheit, die sie bekämpfen wollen, mit anderen Formen. In der Biologie unterscheidet man generell etwa embryonale Stammzellen, die sich unter kontrollierten Bedingungen zu jedem Zelltyp des menschlichen Körpers entwickeln können, von adulten Stammzellen. Letztere sind auf einen Zelltyp des menschlichen Körpers spezialisiert. Eine besondere Form sind dabei sogenannte induzierte pluripotente Stammzellen (iPS). Sie waren ursprünglich adulte Stammzellen, können durch ein Verfahren aber quasi auf die embryonale Form „reprogrammiert“ werden – für Therapien ergeben sich damit viele Möglichkeiten.

Biothrust hat schon Versuche mit iPS durchgeführt. „Mit diesen Zellen konnten wir Mini-Organe züchten, also kleine Mini-Herzen und Mini-Lungen, die stecknadelkopfgroß sind“, erzählt Bongartz. „Du siehst dann im Reaktor tausende kleine Kügelchen, die anfangen zu schlagen. Das ist echt fancy!“ Die kleinen Organe können zum Beispiel für klinische Studien verwendet werden, in denen Herzerkrankungen erforscht werden. Auch mit Stammzellen des Bindegewebes, die im Knochenmark vorkommen, kurz MSCs genannt, haben die Gründer bisher gearbeitet.

Neben der Medizin findet Stammzellforschung in anderen Bereichen Anwendung – zum Beispiel im Food-Segment. Das Aachener Startup sieht sich daher in der Position, auch beim Thema Clean Meat mitzumischen. Der Trend befasst sich mit im Labor hergestellten Fleisch, das aus tierischen Muskelstammzellen von Huhn, Rind oder Schwein gezüchtet wird und sich möglicherweise einmal als klimaneutrale Alternative zur Aufzucht und Schlachtung von Nutztieren etablieren könnte. Ein weiteres Gebiet, das vor allem Big Pharma interessiert, ist die Herstellung biologischer Arzneimittel (Biologika), die aus veränderten Zellen von Tieren und Pflanzen gewonnen werden. Dazu gehören etwa Mittel gegen Blutgerinnung oder Insulin, das gespritzt wird.

Bis Ende 2024: Biothrust will Produkt zur Marktreife bringen

Bis ihr Bioreaktor in der Industrie verwendet werden kann, müssen die Gründer erstmal den Markteintritt schaffen. Zum jetzigen Stand könne ihre „künstliche Lunge für Bioreaktoren“ Stammzellen in Behältern, die zwischen 250 Milliliter und zwei Liter umfassen, züchten. Der Prozess müsse langsam hochskaliert werden, erklärt Kurz. Geplant sei es, bis Ende 2024 ein marktreifes Produkt zu haben. Trotzdem wollen die Aachener demnächst schon Aufträge entgegennehmen, um ihr Gerät vorzuproduzieren. Wie viel das Gerät von Biothrust dann kosten wird, lässt sich noch nicht genau sagen. Gesamtkosten um die 100.000 Euro seien aber denkbar. Das Paket besteht dabei aus mehreren Hardware-Geräten: Einmal dem Controller, ein Mini-PC mit Bildschirm, der nötig ist, um den Bioreaktor zu bedienen. Hinzu kommen die Plastik-Behälter des Bioreaktors, die nach jedem Gebrauch ausgetauscht werden müssen.

Zwar ist der Medizinmarkt hochreguliert. Einige Pflichten, die manche Medizinprodukte erfüllen müssen, etwa zur Dokumentation, könnten für die Aachener aber entfallen, so Kurz. Denn streng genommen sei Biothrust ein „Maschinenlieferant“. Eine CE-Zertifizierung, die die EU-Vorgaben zur Sicherheit und zum medizinischen Zweck bestätigt, brauchen die Gründer aber schon. Mit dem Kapital von Thelen und Zuschüssen aus dem Exist-Förderprogramm wollen sie nun erste Pilotprojekte mit Zellkulturproduzenten realisieren und ihr Team um Biotechnologen, Ingenieure und Sales-Leute erweitern. In naher Zukunft ist dann vielleicht auch die Produktion des nachhaltigen Labor-Fleischs nicht mehr weit.