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P-058

Gentherapie der Lunge in vitro – den Einsatz transgener Tiere auf ein Minimum reduzieren

Prof. Dr. Claus-Michael Lehr & Dr. Henrik Groß,
PharmBioTec GmbH,
Saarbrücken

01/2016-12/2016 

Neue Therapieansätze zur Behandlung schwerer Lungenerkrankungen (Beispiel: Mukoviszidose) werden immer häufiger an gentechnisch veränderten Versuchstieren untersucht. Die Relevanz solcher Versuche für den menschlichen Körper ist dabei oft fragwürdig.

Im Projekt „Gentherapie der Lunge in vitro – den Einsatz transgener Tiere auf ein Minimum reduzieren“ soll mit humanen Systemen erforscht werden, wie sich eine Gentherapie der menschlichen Lunge in vitro nachstellen lässt, um den Einsatz von Tierversuchen in diesem schnell wachsenden Forschungsbereich zu reduzieren. Dabei gilt es, die Partikeldeposition, die Aufnahme in die unterschiedlichen Lungenzellen und die Wirksamkeit in vitro nachzuahmen. Hierbei kommen neben Zelllinien auch primäre Alveolarzellen der menschlichen Lunge zum Einsatz. So hat für das Projekt die erst kürzlich entwickelte primäre autologe Kokultur der unteren Atemwege eine hohe Bedeutung. Diese wurde im Rahmen des BMBF-geförderten Projekts „PeTrA“ zur Untersuchung neuer pulmonaler Formulierungen entwickelt. Sie baut auf zahlreiche Vorarbeiten und langjährige Erfahrungen im Umgang mit Primärkulturen auf. Der erste Artikel, in dem die die Kokultur zur Anwendung kommt, wurde mit dem Titel „Mono- and co-cultures of bronchial and alveolar epithelial cells respond differently to pro-inflammatory stimuli and their modulation by salbutamol and budesonide” im Journal Molecular Pharmaceutics publiziert.

Zur Deposition der Partikel auf den Zellen werden spezielle Instrumente wie das „Pharmaceutical Aerosol Deposition Device“ eingesetzt. Diese erlauben es, neue Medikamente direkt auf die Zellen unter sogenannten „air-liquid“ Bedingungen (die Zellen befinden sich in direktem Kontakt zur Umgebung, was eine gute Simulation der in vivo Situation ermöglicht) zu deponieren.  Abbildung 1 zeigt den Versuchsaufbau schematisch. Die oberen Atemwege (bronchial region) werden durch die Zelllinie Calu-3 nachgeahmt, die unteren Atemwege (alveolar space) unter anderem durch die humane Kokultur. Es soll so untersucht werden, welchen Einfluss Makrophagen (untere Atemwege) oder Mucus (obere Atemwege) auf die Wirksamkeit neuer Therapieformen haben.

Zellmodelle der Atemwege

Die Abbildung zeigt schematisch Zellmodelle der oberen Atemwege („bronchial region“) und der unteren Atemwege („alveolar space“) zur Untersuchung unterschiedlicher Einflüsse auf die Wirksamkeit neuer Arzneiformen. Je nach Zelltyp und Barriere werden die oberen Atemwege („bronchial region“) oder die Alveolen („alveolar region“) nachgestellt. In die oberen Atemwege wird unter „air-liquid“-Bedingungen eine schleimige Schicht (Mucus) als zusätzliche Barriere für Partikel ausgebildet. Die Zellen (hier im Transwell-System) können vollständig mit Medium bedeckt sein („submerged“) oder in direktem Kontakt mit der Umgebung („air-liquid“). In Grün sind Epithelzellen dargestellt. Die Alveolarmakrophagen sind in Rot gezeigt.

Die gewonnen Daten werden in Form von Veröffentlichungen (Publikationen und Konferenzbeiträge) der Allgemeinheit zugänglich gemacht. Ein sofortiger Transfer der gewonnen Erkenntnisse erfolgt zwischen der Universität des Saarlandes, dem Helmholtz-Institut für Pharmazeutische Forschung und der PharmBioTec GmbH. An allen Standorten wird im Bereich des Gene-Delivery geforscht sodass neue Erkenntnisse unmittelbar in ähnliche Arbeiten einfließen. Beispielsweise im Design neuer partikulärer Systeme oder der Empfehlung gut funktionierender in vitro Methoden zur Untersuchung solcher Partikel. Zusätzlich wird angestrebt, über die Arbeiten in nicht wissenschaftlichen lokalen Printmedien zu berichten um die Allgemeinheit über Fortschritte in der Entwicklung von Alternativen zum Tierversuch zu informieren. 

Ausführende Institution

PharmBioTec GmbH, Saarbrücken

Förderlaufzeit

01/2016 - 12/2016

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