P-062

Ex-vivo-Lebermodell durch 3D-Druck

Prof. Dr. Jens Kurreck & Prof. Dr. Hartmut Schwandt
TU Berlin

03/2017 - 02/2019

Organmodelle aus dem 3D-Drucker können helfen, neue pharmakologische Substanzen zu entwickeln und hinsichtlich ihrer Effizienz und Toxizität zu untersuchen, ohne dafür auf Tierversuche zurückgreifen zu müssen.

Die derzeitige Wirkstoffentwicklung basiert in der Regel auf dem Prinzip, neue Substanzen zunächst in zweidimensionalen (2D) Zellkulturen zu testen und dann im Tiermodell näher zu charakterisieren. Dieses Vorgehen ist jedoch mit mehreren Mängeln behaftet. Zellen in einer 2D-Zellkultur repräsentieren in der Regel nicht die Physiologie von Zellen in einem dreidimensionalen (3D) Zellverband, u.a. unterscheidet sich die Genexpression. Die Tiermodelle haben zum einen den Nachteil, dass sich die tierischen Zellen von den menschlichen unterscheiden, zum anderen sind die In-vivo-Modelle in der Regel mit nicht vertretbarem Leid der Versuchstiere verbunden.

 

Um diese Probleme zu umgehen, werden 3D-Organmodelle entwickelt. In diesen werden Zellen in ihrer natürlichen 3D-Umgebung kultiviert, wobei auch humane Zellen genutzt werden können, und Tierversuche vermieden werden. Große Fortschritte wurden durch die Entwicklungen der additiven Fertigung (3D-Druck) erzielt. Im vorliegenden Projekt soll ein 3D-Lebermodell durch 3D-Druck erzeugt werden. Die Leber ist bei der Wirkstoffentwicklung von hoher Relevanz, da in ihr zahlreiche Substanzen metabolisiert werden. Weiterhin ist die Leber das Zielorgan zahlreicher medizinisch relevanter Viren (u.a. Hepatitis B und C Viren, Adenoviren).

 

Ziel des Projektes ist der Druck der dreidimensionalen vaskulären Struktur der Leber. Diese kann anschließend mit humanen Zellen besiedelt werden, um das Organmodell zu generieren. Zunächst wurde eine Leber aus einer Maus explantiert, wobei aus Tierschutzgründen ein Tier genutzt wurde, das einem anderen genehmigten Projekt entstammte und ohnehin getötet wurde, so dass kein weiteres Tier benötigt wurde. Die explantierte Leber wurde dezellularisiert (Abbildung 1A) und plastiniert (Abbildung 1B), um sie in einem CT-Scan räumlich digitalisieren zu können (Abbildung 1C).

 

 

Abb. 1:
Eine dezellularisierte Mäuseleber (A) wurde plastiniert (B) und anschließend durch CT-Scan analysiert (C).

 

 

Da die derzeit zur Verfügung stehenden 3D-Drucktechniken die komplexe extrazelluläre Matrix der Leber nicht unmittelbar generieren können, soll zunächst ein Intermediärmodell aus Röhren aus dem Bio-Polymer Polylactid-co-Glycolid (PLGA) gedruckt und mit Zellen besiedelt werden, das eine Vorstufe des Lebermodells darstellt (Abbildung 2).

Abb. 2:
Schematische Darstellung des Intermediärmodells. A) Perfundierbares PLGA-Röhrchen (grün) mit Adapter (türkis) für Mediumeinstrom (Mediumsströmungsrichtung = rote Pfeile) und Fixierung im Bioreaktorsystem. Die Zellen (blau) wachsen auf der Röhrchenoberfläche. B) Mehrröhrensystemmodell mit parallel angeordneten PLGA-Röhrchen (vier horizontal und vier vertikal).

Das 3D-Lebermodell soll schließlich zur Testung von Substanzen und zur Entwicklung antiviraler Strategien gegen hepatotrophe Viren eingesetzt werden.

Ausführende Institution

Prof. Dr. Jens Kurreck
Technische Universität Berlin
Institut für Biotechnologie, Fachgebiet Angewandte Biochemie, TIB 4/3-2
Gustav-Meyer-Allee 25
13355 Berlin

Prof. Dr. Hartmut Schwandt
Technische Universität Berlin
Institut für Mathematik, 3D Labor, MA 6-4
Straße des 17. Juni 136
10623 Berlin

Förderlaufzeit

03/2017 - 02/2019

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