In-vitro-Testsysteme
Hautmodelle als Alternative zu Tierversuchen
Tierversuche sind seit langem ein fester Bestandteil in der medizinischen und pharmazeutischen Forschung, doch alternative Methoden gewinnen immer mehr an Bedeutung. Mittels innovativer Verfahren wird direkt mit Blick auf den Menschen geforscht – ohne den Umweg über Tierversuche. Diesen Ansatz wählt auch das geplante Fraunhofer-Start-up TigerShark Science, eine Ausgründung des Fraunhofer-Translationszentrums für Regenerative Therapien TLZ-RT am Fraunhofer-Institut für Silicatforschung ISC. Der Ansatz ist, durch Laborversuche mit Hautmodellen aus menschlichen Stammzellen zahlreiche Tierversuche zu ersetzen.
Es gibt verschiedene Methoden, die das Potenzial haben, Tierversuche zu minimieren oder sogar zu ersetzen. Dazu zählen menschliche Stammzellen, die im In-vitro-Verfahren gezüchtet werden und aus denen Mini-Organe, sog. Organoide, nachgebildet werden. Auch am Fraunhofer ISC/TLZ-RT in Würzburg entwickeln Forscherinnen und Forscher solche In-vitro-Gewebemodelle, wobei sie sich unter anderem auf Barriere-Organe wie die Haut fokussieren. Mit diesen im Labor gezüchtete Zellaggregaten lassen sich physiologische Prozesse nachvollziehen und unter kontrollierten Bedingungen erforschen – eine Möglichkeit, den Einsatz von Tierversuchen zu vermeiden oder zu verringern.
Diesen Weg gehen auch die Forschenden des Start-up-Projekts TigerShark Science: Es ist ihnen gelungen, ein Hautmodell zu kultivieren, das nahezu alle Strukturen der menschlichen Haut repräsentieren kann und somit ein realitätsnahes Hautmodell darstellt. Mit der Start-up-Idee, die vom Fraunhofer-Programm "AHEAD" gefördert wurde und durch den EXIST-Forschungstransfer ab Juli 2024 gefördert wird, steht das Forschungsteam vor der Ausgründung. Zum Gründerteam gehören neben Dr. Florian Groeber-Becker, Leiter des Fraunhofer TLZ-RT am Fraunhofer ISC, auch Dr. Dieter Groneberg, Gruppenleiter der In-vitro-Haut-Testsysteme am Fraunhofer TLZ-RT, und Amelie Reigl, Projektleiterin am Fraunhofer TLZ-RT, die künftige Geschäftsführerin von TigerShark Science sein soll.
Komplexe Modelle mit drei Hautschichten
Der Pharma- und Kosmetikbranche bietet das Start-up zunächst gesunde Hautmodelle in hoher Stückzahl an, die die drei Hautschichten Epidermis, Dermis und Hypodermis mit Fettzellen nachbilden. Sie eignen sich etwa für die Testung von Medikamenten und deren Nebenwirkungen oder beispielsweise für die Erforschung des Haarwachstums. Bei den Organoiden handelt es sich um komplexe Hautmodelle aus unterschiedlichen Zelltypen, die vergleichbar der menschlichen Haut Talgdrüsen und Haare aufweisen. Man kann unter anderem untersuchen, wie die Zellen nach der Gabe eines Wirkstoffs miteinander kommunizieren oder ob Wirkstoffe Irritationen auslösen. »Hautmodelle dieser Komplexität gibt es bislang noch nicht auf dem Markt, sie sind einmalig«, betont Biologin Reigl.
Organoide lassen sich an der Luft kultivieren
Die Organoide werden automatisiert in hoher Stückzahl im Bioreaktor entwickelt und anschließend mit einem speziellen Verfahren auf Nanofasern aufgebracht. So wird eine sogenannte Luftmediumgrenzkultivierung erreicht, bei der die oberste (Modell-)Hautschicht, die Epidermis – anders als bei der Kultivierung in der Petrischale – Kontakt mit der Luft hat. Die Nanofasern sind bereits patentiert, ein Verfahrenspatent ist ebenfalls geplant.
Hautmodelle für die präklinische Testung
Das Modell ermöglicht schnelle Testungen – ein großer Vorteil gegenüber Tierversuchen, die oft teuer und zeitaufwändig sind. Mit dem Hautorganoid aus menschlichen Stammzellen lassen sich nach Angaben* schnellere und präzisere Ergebnisse erzielen, die in vielen Fällen besser auf den Menschen übertragbar seien. In nur einem einzigen Schritt können die Reaktionen der Zellen aller drei Hautschichten untersucht werden.
Weitere Modell-Entwicklungen geplant
Derzeit wird das Hautmodell weiterentwickelt. Es soll künftig um Modelle mit Immunzellen und Blutgefäßen, aber auch um Modelle mit Tumorzellen ergänzt werden, etwa um Krankheiten wie Hautkrebs simulieren und erforschen zu können. »Wir wollen unser Portfolio sukzessive erweitern. Im ersten Schritt gehen wir mit dem gesunden Hautmodell auf den Markt, es kommen jedoch zusätzliche hinzu wie ein Hautmodell zur Erforschung von Hautfibrose«, so Reigl. Mit der wachsenden Komplexität des Modells könnten weitere Anwendungsfelder wie Aspekte der Wundheilung adressiert oder Infektionsstudien realisiert werden.
Quelle: Fraunhofer-Gesellschaft
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