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2013|14 Jahresbericht Fraunhofer IGB

ZELLSYSTEME Schwerpunkt der Abteilung Zellsysteme ist die Entwicklung funktioneller 3D-Gewebemodelle in vitro aus isolierten pri- mären humanen Zellen unter geltenden GLP- (Good Labora- tory Practice) oder GMP- (Good Manufacturing Practice) Vor- schriften, mit denen wir Fragestellungen in der regenerativen Medizin, im Tissue Engineering und bei der Entwicklung von Medizinprodukten und zellbasierten Assays für die Toxiko- logie adressieren. Für eine effektive Isolierung von Reinkul- turen aus Geweben und die zelltypspezifische Kultivierung, insbesondere von adulten Stammzellen, entwickeln wir Bio- materialien und biologisierte, mikro- oder nanostrukturierte Materialoberflächen. Die physiologische Kultivierung der 3D- Gewebemodelle gelingt mit eigens für den jeweiligen Zelltyp entwickelten, PC-gesteuerten Bioreaktorsystemen. Die Sterili- tätsprüfung und Qualitätskontrolle zellbasierter Transplantate ist ein aufwendiger Prozess, der stets zwei Exemplare – eines zur Prüfung und eines zur Transplantation – erfordert. Basie- rend auf der Raman-Spektroskopie und der Multiphotonen- induzierten Mikroskopie etablieren wir daher nicht-invasive Nachweismethoden. Ein zweischichtiges humanes 3D-Hautäquivalent wurde pa- tentiert (EP 1 290 145B1) und für die Prüfung der Biokompa- tibilität von Medizinprodukten zertifiziert (DIN ISO 10993-5). Das Hautmodell kann um weitere Zelltypen, beispielsweise Melanozyten oder Tumorzellen, erweitert werden. Es eignet sich auch – als Vorstufe zum Tierversuch – für Untersuchun- gen der Penetration und der Verteilung von Testsubstanzen, welche im Rahmen der EU-Chemikalienverordnung REACH gefordert werden. Weiterhin können Fragestellungen zu Dif- ferenzierung, Zelltod, aber auch zu Tumorinitiation und -pro- motion untersucht werden. Jüngst ist es gelungen, vaskulä- re Strukturen (Blutgefäßäquivalente) in das Hautmodell zu integrieren. Darüber hinaus konnte der komplette Herstellpro- zess der avaskulären Hautmodelle automatisiert werden. Einen weiteren Schwerpunkt stellt die Miniaturisierung und Charak- terisierung unseres 3D-Darmtestsystems dar. Das akkreditierte 2D-Darmtestsystem aus Dickdarmkarzinomzellen (2D Caco-2­- Modell) wird für validierte Permeabilitäts- und Transportstudi- en potenzieller Wirkstoffkandidaten und anderer Substanzen an der intestinalen Barriere eingesetzt. Des Weiteren werden Verfahren zum Aufbau dreidimensiona- ler organotypischer kardiovaskulärer Zellkulturen als Testgewe- be oder zur Geweberekonstruktion entwickelt. Hierbei kom- men vor allem humane embryonale und induziert-pluripotente Stammzellen zum Einsatz. Kompetenzen Isolierung und Kultivierung primärer Zellen aus ver­ schiedenen Geweben und Spezies entsprechend der geltenden GLP- oder GMP-Vorschriften ¡¡ Biomaterialentwicklung unter Verwendung gewebsspezifischer extrazellulärer Matrixproteine ¡¡ Mikro- oder nanostrukturierte Materialoberflächen ¡¡ Haut inklusive Hauttumoren, Darm, kardiovaskuläre Gewebe Etablierung von Verfahren zum Aufbau dreidimensionaler organotypischer Zellkulturen als Testgewebe oder zur Geweberekonstruktion ¡¡ Biologische und biologisierte Matrices ¡¡ Gewebespezifische, PC-gesteuerte Bioreaktoren Etablierung von Methoden zur zerstörungsfreien Zell- und Gewebecharakterisierung mittels der Raman- Spektroskopie und der Multiphotonen-induzierten Mikroskopie KOMPETENZEN 56

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