MukoBact – In vitro Biofilm-Modelle der humanen Mukosa in Darm und Lunge für Grundlagenforschung und Arzneimitteltestung


Prädiktive Testmodelle für die Erforschung grundlegender Mechanismen von Schleimhautinfektionen werden dringend benötigt. Bakterielle Gewebeinfektionen von Hautwunden und Schleimhäuten stellen aufgrund der Zunahme resistenter Infektionskeime und dem Fehlen wirksamer Arzneimittel ein großes Problem dar. Obwohl die Übertragbarkeit von Tierdaten auf den menschlichen Körper eingeschränkt ist und Gewebeinfektions-Modelle für die Versuchstiere sehr belastend sind, werden immer noch hauptsächlich Tiermodelle in der Erforschung grundlagenspezifischer Fragestellungen eingesetzt.


In einem vorangegangenen Projekt gelang es bereits, ein In-vitro-Modell persistenter Wundinfektionen zu entwickeln. Dieses Modell ist allerdings nicht ohne Weiteres auf Darm und Lunge übertragbar, da hier die Schleimschicht, die die Epithelien bedeckt, unter anderem eine entscheidende Rolle in der Biofilmbildung und Wirkstofftransporten einnimmt. Entsprechende Darm- und Lungen-Modelle in der Literatur vernachlässigen die spezialisierte Nische der Schleimhäute ebenfalls oder imitieren sie nur unzureichend.

Aus diesem Grund ist es Ziel dieses Projektes, ein In-vitro-Modell bakterieller Schleimhaut-assoziierter Biofilme zu entwickeln. Hierfür wird eine Matrix aus elektrogesponnen Fasern genutzt, um sowohl die dreidimensionale Mikrostruktur als auch die mechanischen Charakteristika von nativem Mukus zu imitieren. Anschließend folgt die Besiedelung mit relevanten bakteriellen Keimen zur Ausbildung manifester Biofilme. Die Verwendung der elektrogesponnenen Matrix ermöglicht im Folgenden den Transfer der vorgereiften Biofilme auf 3D-Modelle verschiedener Epithelien, um Wechselwirkungen zu charakterisieren (siehe Abb.1).

Das Modell eröffnet die Möglichkeit, detailliert die einzelnen Stadien der Biofilmbildung ((ir)reversible Anheftung, Reifung, Dispersion) im spezialisierten Milieu der Schleimhäute zu erforschen sowie durch das maßgeschneiderte Design der Mukosa-mimetischen Fasernetzwerke verschiedene Pathologien zu modellieren, indem die Eigenschaften des Mukus (Dicke, Zähflüssigkeit, Zusammensetzung) verändert werden. Darüber hinaus können die neu designten Biofilm-Modelle in der Entwicklung und Testung neuer Therapien zur Bekämpfung manifester bakterieller Infektionen eingesetzt werden. Da die Resistenzen von Bakterien im Verbund des Biofilms enorm gesteigert sind, bietet das hier angedachte Biofilm-Modell einen vielversprechenden Ansatz, um physiologischere Bedingungen für die Testung neuer Arzneistoffe zu schaffen.