Entwicklung eines Lungenbläschen-Modells mit hoher physiologischer Relevanz für die Wirkstoffforschung

AUFGABENSTELLUNG

Die Corona-Pandemie hat wieder gezeigt, wie wichtig eine schnelle und effiziente Entwicklung neuer Wirkstoffe und Behandlungsmethoden ist. Ein wesentlicher Kernaspekt ist dabei die Bewertung von deren Wirksamkeit und Sicherheit im Rahmen präklinischer Tests. In-vitro-Modelle unter Verwendung von Zellkulturen stellen geeignete Modelle dar, um Unverträglichkeiten und toxische Nebenwirkungen zu identifizieren, schwächeln aber vor allem bei der Rekonstruktion komplexer Gewebe und Funktionalitäten des menschlichen Körpers.
Im Projekt soll ein fortschrittliches Lungengewebemodell mit hoher physiologischer Relevanz entwickelt werden. Dazu sollen vier wesentliche Aspekte realisiert werden, die in bisherigen Modellen unterrepräsentiert sind: die körpernahe Abbildung der Geometrie, eine verbesserte Nährstoffverteilung, eine realitätsnahe mechanische Stimulierbarkeit und die Bereitstellung bioaktiver Matrixkomponenten (Abbildung).

PROJEKTZIEL | ARBEITSHYPOTHESE

Das Ziel des Projekts ist die Entwicklung eines zellkulturbasierten Gewebemodells, das die menschliche Physiologie der Lungenbläschen abbildet. Dazu werden hohle Mikrokugeln als Einzelsphären durch das Einleiten von Luftblasen in eine Kollagen-Gelatinesuspension erzeugt. Die Kollagen-Hohlkugeln sollen mit Zellen besiedelt werden, ein intaktes alveolares Barrieremodell an der Luft-Flüssigkeitsgrenze ausbilden und ein realistisches Verhalten bei Kompression und Entlastung aufweisen. Die Funktionalität des neuartigen Modells soll durch die Untersuchung der biologischen Reaktion des Modells auf Stressbedingungen charakterisiert und mit bereits etablierten Modellen verglichen werden.

NUTZEN | AUSBLICK

Das verbesserte Lungenbläschen-Modell soll die physiologischen Reaktionen in der menschlichen Lunge realistischer abbilden, um mögliche Kandidaten für neue Medikamente mit höherer Sicherheit identifizieren zu können. Zusätzlich soll es zur Beurteilung von Industrie- und Verbraucherchemikalien dienen. Anwender sind Pharma-Unternehmen, biotechnologische Unternehmen, Kliniken, Diagnostiklabore, Universitäten und Forschungseinrichtungen sowie Regierungsbehörden. Neben dem Einsatz als In-vitro-Modell können die Kollagensphären auch als Transportbehältnis für Zellen in medizinischen Anwendungen wie der Zelltherapie zum Einsatz kommen.