P-070

VitroInfect – Etablierung eines in vitro Biofilm-Plattformmodells für Gewebeinfektionen

Prof. Dr. Maike Windbergs
Goethe-Universität
Frankfurt/M

05/2020-04/2022 

Bakterielle Gewebeinfektionen werden standardmäßig an Tiermodellen untersucht. Die Entwicklung eines robusten und universell einsetzbaren in vitro Modells eines bakteriellen Biofilms kann eine valide human-basierte Alternative zu Tierversuchen schaffen.

Bakterielle Gewebeinfektionen stellen durch einen stetigen Anstieg resistenter Infektionskeime und dem Fehlen wirksamer Antibiotika trotz hoher Hygienestandards eine ernstzunehmende Gefahr dar. Deshalb werden dringend aussagekräftige Infektionsmodelle zur Aufklärung grundlagenspezifischer Fragestellungen benötigt.

Aus Ermangelung einer validen humanbasierten in vitro Modellalternative, die eine manifeste Infektion mit einem Biofilm ermöglicht, nehmen Tiermodelle immer noch eine zentrale Rolle in der Infektionsforschung ein. Neben der mangelnden Übertragbarkeit der Tierdaten sind Gewebeinfektionsmodelle für die Versuchstiere sehr belastend.

Erste human-basierte in vitro Infektionsmodelle existieren. Hierbei werden in der Petrischale vorgezüchtete, dreidimensionale Gewebemodelle mit einer Bakteriensuspension in Kontakt gebracht, wobei nur Analysen des initialen Infektionsstadiums, und nicht des klinisch relevanten, manifesten Biofilm-Zustands möglich sind.

Zur Generierung eines in vitro Plattformmodells der bakteriellen Gewebeinfektion ist in diesem Projekt daher eine separate Kultivierung eines gesunden Gewebemodells sowie eines bakteriellen Biofilmmodells bis zur vollständigen Ausreifung vorgesehen. Zunächst werden hierfür bakterielle Biofilme auf Basis von klinisch relevanten Keimen, wie z.B. Staphylococcus aureus, angezüchtet. Um eine Transferierbarkeit des finalen Biofilms auf Gewebemodelle zu erlauben, werden elektrogesponnene Fasern als Matrix verwendet.

Im Folgenden werden 3D-Modelle der menschlichen Haut als Gewebemodell gezüchtet. Im finalen Schritt werden die beiden Teilkomponenten zusammengeführt und kokultiviert, wie in Abbildung 1 dargestellt, um einen ausgereiften Biofilm auf einem minimal geschädigten Gewebe über den Analysezeitraum zu erhalten.

Abb. 1:
Schematische Darstellung des geplanten in vitro Biofilm-Plattformmodells zur standardisierten und kontrollierten Induzierung einer manifesten Gewebeinfektion mit Biofilm.

Auf dieser Grundlage werden anschließend polymikrobielle Biofilm-Modelle generiert und ein Transfer auf weitere Gewebekulturen vorgenommen, um die universelle Anwendbarkeit des entwickelten Modells zu demonstrieren.

Das Modell soll damit erstmals die Möglichkeit bieten, die Pathomechanismen einer manifesten, bakteriellen Infektion in vitro vergleichbar der in vivo Situation im Menschen darzustellen und zu untersuchen. Die auf diese Weise gewonnenen Erkenntnisse und das Verständnis der Pathomechanismen sollen zudem neue Möglichkeiten in der Therapieentwicklung von bakteriellen Infektionen eröffnen.

Ausführende Institution

Arbeitsgruppe Prof. Dr. Maike Windbergs “Drug Delivery and 3R-Models”
Goethe-Universität Frankfurt
Institut für Pharmazeutische Technologie und Buchmann Institute for Molecular Life Sciences
Max-von-Laue-Str. 15, 60438 Frankfurt am Main

Förderlaufzeit

05/2020 - 04/2022

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