In-vitro-Modelle

Am Fraunhofer TLZ-RT steht ein breites Portfolio an In-vitro-Gewebemodellen zur Verfügung, wobei wir uns auf Barriere-Organe wie die Haut, den Darm, die Atemwege oder die Blut-Hirn-Schranke fokussieren.

Die eingesetzten Modelle sind humanen Ursprungs und werden entweder aus primären Zellen oder Stammzellen generiert. Weiterhin stehen standardisierte Tumormodelle auf einer biologischen Gewebematrix zur Verfügung, die sich durch das Vorhandensein einer Basalmembran auszeichnen und zur Analyse des Invasionsverhaltens eingesetzt werden können.

Ziel der Anwendung humaner Gewebemodelle ist es, einen aktiven Beitrag zur Reduktion von Tierversuchen im Sinne des 3R-Prinzips zu leisten und Wirkungs- bzw. Risikoabschätzungen von Substanzen durchführen zu können.

Unter Verwendung primärer Epithelzellen und biologischer Trägerstrukturen generieren wir 3D-Gewebemodelle der humanen Nasen- und Tracheobronchial-Schleimhaut mit hoher In-vitro-/In-vivo-Korrelation. Die Epithelzellen bilden einen mukoziliären Phänotyp aus und sind über eine Basalmembran in das darunterliegende Bindegewebe verankert. Die Gewebemodelle können u.a. zur Risikoabschätzung biologischer Substanzen und synthetischer Materialien, für Infektionsstudien sowie im Bereich der personalisierten Therapie eingesetzt werden.

Für viele Krankheitserreger ist der Mensch der einzige natürliche Wirt. Hier sind die aus Tierversuchen erhobenen Daten oft nicht auf die Mechanismen im humanen Organismus übertragbar. Mit unseren Partnern aus der Mikrobiologie und der Virologie der Universität Würzburg untersuchen wir die Interaktion von Humanpathogenen mit dem Wirtsgewebe anhand unserer 3D-Gewebemodelle der leitenden Atemwege in vitro.

Wenn wir die Schlüsselereignisse natürlicher Infektionen verstehen, werden wir in der Lage sein, neue präventive und therapeutische Strategien zur Bekämpfung von Infektionskrankheiten zu erarbeiten.

Für viele Krankheitserreger ist der Mensch der einzige natürliche Wirt. Hier sind die aus Tierversuchen erhobenen Daten oft nicht auf die Mechanismen im humanen Organismus übertragbar. Mit unseren Partnern des Graduiertenkollegs 2157 und der Virologie (Universität Würzburg) untersuchen wir die Interaktion von Humanpathogenen mit dem Wirtsgewebe anhand entsprechender 3D-Gewebemodelle in vitro.
Wenn wir die Schlüsselereignisse natürlicher Infektionen verstehen, werden wir in der Lage sein, neue präventive und therapeutische Strategien zur Bekämpfung von Infektionskrankheiten zu erarbeiten.

Das menschliche Auge ist ein komplexes Sinnesorgan, das unsere Umwelt durch das Zusammenspiel verschiedener Gewebe wahrnimmt. Die transparente Hornhaut (Cornea) und angrenzende Bindehaut (Konjunktiva) stellen den größten Teil des vorderen Augensegmentes dar. Während die Cornea den Eintritt des Lichts zu den sensorischen Zellen der Netzhaut (Retina) ermöglicht, spielt die Bindehaut eine entscheidende Rolle bei der Befeuchtung des Auges und dem Schutz vor potenziellen Krankheitserregern.

Aufgrund der zentralen Bedeutung des Sehsinns und seiner Verletzlichkeit entwickeln wir am Fraunhofer TLZ Gewebemodelle des menschlichen Auges. Diese ermöglichen eine Bewertung potenzieller Risiken und Wirksamkeiten von Substanzen und stellen eine Alternative zum Tierversuch dar. Hierbei verwenden wir standardisierte Testprotokolle und spezifische Gewebemodelle, die auf die jeweilige Fragestellung zugeschnitten sind.

Die Blut-Hirn-Schranke (BHS) ist eine der dichtesten Barrieren im menschlichen Körper und schützt das empfindliche Zentralnervensystem vor zytotoxischen Einflüssen sowie Krankheitserregern.

Mit Hilfe humaner induziert pluripotenter Stammzellen (hiPSCs) sind wir in der Lage, patienten- und krankheitsspezifische In-vitro-Testsysteme der BHS zur Untersuchung kundenspezifischer Fragestellungen anzubieten. Unser BHS-Modell kann als Evaluationsinstrument in der präklinischen Forschung und Entwicklung eingesetzt werden, z. B. für Arzneimitteltransport- oder Infektionsstudien.

Der Darm ist das größte innere Organ des Menschen mit vielseitigen Funktionen, die aus dem strukturellen und zellulären Aufbau des Darmepithels hervorgehen. Während die Vilusregionen des Epithels vorwiegend differenzierte Zellen mit unterschiedlichen Funktionen aufweisen, sind Stamm- und Vorläuferzellen des Epithels in den Darmkrypten lokalisiert.

In vitro können die Stammzellen des Epithels als Organoide kultiviert werden, die für den Aufbau der humanen Transwell^®-ähnlichen Gewebemodelle mit einer biologischen Extrazellulärmatrix als Scaffold verwendet werden. Nach Reifung in vitro können in den Modellen alle Zelltypen des humanen Epithels mit charakteristischen strukturellen und biologischen Eigenschaften nachgebildet werden.

Je nach Fragestellung finden die gastrointestinalen Modelle des Fraunhofer TLZ-RT Anwendung in der Grundlagenforschung, im Rahmen von Biokompatibilitätsstudien, drug- und tox-Screenings als auch dem disease modeling oder für Infektionsstudien.

Die Haut schützt den menschlichen Körper vor potentiell gefährlichen Einflüssen und bildet die Grenzfläche zu unserer Umwelt. Entsprechend wichtig ist es die Funktionalität der Haut aufrechtzuerhalten.

Am Fraunhofer TLZ haben wir deshalb Methoden entwickelt, um aus menschlichen Hautzellen in vitro Hautmodelle herzustellen, die dazu genutzt werden können schädigende Substanzen zu identifizieren beziehungsweise eine positive Beeinflussung der Haut nachzuweisen. Je nach Fragestellung kann dabei auf ein epidermales, ein epidermales-dermales und ein vaskularisiertes Hautmodell zurückgegriffen werden.

Zudem können auch verschiedene Hautkrankheiten wie etwa das maligne Melanom in vitro nachgestellt werden, wodurch auch eine Therapieentwicklung in vitro möglich ist.