Gentherapie der Lunge in vitro – den Einsatz transgener Tiere auf ein Minimum reduzieren
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“ wurde mit humanen Systemen erforscht, wie sich eine Gentherapie der menschlichen Lunge in vitro nachstellen lässt, um den Einsatz von Tierversuchen in diesem schnell wachsenden Forschungsbereich zu reduzieren.
Dazu wurden unterschiedliche Mechanismen wie die Partikeldeposition, die Aufnahme in die unterschiedlichen Lungenzellen und die Wirksamkeit nachgeahmt. Hierfür wurden neben Zelllinien auch primäre Alveolarzellen der menschlichen Lunge eingesetzt. Eine große Bedeutung kam dabei der primären autologen Kokultur der unteren Atemwege zur Untersuchung neuer pulmonaler Formulierungen zu.
Zur Deposition der Partikel auf den Zellen wurden spezielle Instrumente wie das „Vitro Cell Cloud System“ eingesetzt. Dieses erlaubt es, neue Medikamente unter sogenannten „air-liquid“-Bedingungen direkt auf die Zellen zu deponieren. Die Zellen befinden sich dabei in direktem Kontakt zur Umgebung, was eine gute Simulation der in vivo-Situation ermöglicht.
Im Versuchsaufbau wurden die oberen Atemwege durch die Zelllinie Calu-3 nachgeahmt, die unteren Atemwege wurden durch primäre alveolare Lungenzellen und Kokulturen nachgestellt. So wurde untersucht, welchen Einfluss Makrophagen in den unteren Atemwegen oder Mucus aus den oberen Atemwegen auf die Wirksamkeit neuer Therapieformen haben.
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.
Publikationen:
M. Hittinger et al., Cell and tissue-based in vitro models for improving the development of oral inhalation drug products, Eur. J. Pharm. Biopharm. (2017), http://dx.doi.org/10.1016/j.ejpb.2017.02.019
Vukosavljevic B, Hittinger M, Hachmeister H, Pilger C, Murgia X, Gepp MM, Gentile L, Huwer H, Schneider-Daum N, Huser T, Lehr CM, Windbergs M. Vibrational spectroscopic imaging and live cell video microscopy for studying differentiation of primary human alveolar epithelial cells. J Biophotonics. 2019 Jun;12(6):e201800052. doi: 10.1002/jbio.201800052. Epub 2019 Feb 20. PMID: 30597770.
Sapich S, Hittinger M, Hendrix-Jastrzebski R, et al. Murine Alveolar Epithelial Cells and Their Lentivirus-mediated Immortalisation. Alternatives to Laboratory Animals. 2018;46(2):73-89. doi:10.1177/026119291804600207
Projektleitung
Marius Hittinger
Doktorand bei Claus-Michael Lehr. Nach dem Studium der Biotechnologie begann er seine Promotion am Helmholtz-Institut für Pharmazeutische Forschung Saarland, wo er sich mit der Etablierung neuer in vitro Systeme befasste. Seit April 2015 bei PharmBioTec GmbH für die Versuchsplanung, Teile der experimentellen Durchführung und die Vorbereitung wissenschaftlicher Artikel für dieses Projekt zuständig.
Prof. Dr. Claus-Michael Lehr
Studium der Pharmazie an den Universitäten Mainz und Hamburg, Dissertation in den Niederlanden an der Universität von Leiden. 1991 Postdoc an der Universität von Südkalifornien in Los Angeles. 1992 am Zentrum für Arzneimittelforschung Leiden/Amsterdam. 1993 Professur für Pharmazeutische Technologie an der Philipps-Universität Marburg. 1995 Leitung der Abteilung Biopharmazie und Pharmazeutische Technologie der Universität Saarland in Saarbrücken. 1998 Beteiligung an der Gründung des Unternehmens Across Barriers GmbH Saarbrücken. Mitgründer und seit 2000 stellvertretender Direktor des Zentrums für Bioinformatik Saarbrücken. Seit 2009 Leitung der Abteilung Wirkstoff-Transport des neu gegründeten Helmholtz-Instituts für Pharmazeutische Forschung Saarland (HIPS) und Mitgründung der PharmaBioTec GmbH in Saarbrücken.
Mitarbeit
Birgit Wiegand
Technikerin bei der PharmBioTec GmbH. Davor in der molekularbiologischen Abteilung bei Boehringer-Mannheim/Werk Penzberg und in der technischen Physik und bei den Werkstoffwissenschaften der Universität des Saarlandes tätig. Bei KIST Europe verantwortlich für die Zellkultur. Im Projekt ist sie zuständig für die Anzucht und Vorbereitung der eingesetzten Zelllinien und der Durchführung einer Vielzahl der geplanten Versuche.