Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Biologische Schranken überwinden - Menschliche Gewebe im Reagenzglas «nachbauen»

21.03.2013
Wie bringt man Medikamente ins Gehirn? Welche Schadstoffe gelangen aus der Lunge ins Blut? Können Labormäuse durch zelluläre Modelle aus der Kulturschale ersetzt werden? Über diese Fragen diskutierten ForscherInnen und IndustriepartnerInnen aus der ganzen Schweiz und grenznahen Regionen an der Empa.

Mitte März trafen sich ForscherInnen und IndustriepartnerInnen aus dem Bereich der Lebenswissenschaften an der Empa, um über die Herausforderungen und Entwicklungen beim Modellieren menschlicher Gewebe in der Kulturschale zu diskutieren.

Organisiert wurde die Tagung unter dem Titel «in vitro Barrier Models: How Reliable and Clinically Relevant are these Systems?» von der Empa-Abteilung «Materials-Biology Interactions» unter der Leitung von Katharina Maniura und Peter Wick gemeinsam mit Ursula Graf-Hausner von der Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften (ZHAW), der Leiterin des Kompetenzzentrums «Tissue Engineering for Drug Developement» (TEDD), an dem auch die Empa beteiligt ist.

Schutzschilde des Körpers

Biologische Barrieren kommen in vielen Bereichen unseres Körpers vor. Meist handelt es sich dabei um spezielle Gewebeschichten, die chemische Stoffe nur sehr selektiv passieren lassen. Ein Beispiel ist die Haut, die uns vor Substanzen und Mikroorganismen aus der Umgebung schützt. Aber auch die Blut-Hirn-Schranke, die Plazenta sowie die Atemwege, Blutgefässe und der Verdauungstrakt bilden Schranken, die nur für bestimmte Substanzen in definierter Richtung durchlässig sind. Sie dienen dem Schutz des Körpers und einzelner Organe und sorgen dafür, dass die verschiedenen Kompartimente korrekt mit Nähr- und Hilfsstoffen versorgt werden.

Die Funktionsweise solcher Barrieren ist von grossem Interesse für Medizin, pharmazeutische und Kosmetikindustrie aber auch für die Toxikologie. Experimentelle Arbeiten in vivo – an Tiermodellen – sind allerdings aus ethischen Gründen zunehmend fragwürdig. Zudem sind Tiermodelle nicht immer ausreichend repräsentativ für den Menschen. So gewinnen humane in vitro-Modelle, also Zell- oder Gewebeproben im Reagenzglas bzw. in der Gewebekulturschale, immer mehr an Bedeutung.

Vielfältiger Nutzen
Die einfachsten in vitro-Modelle von biologischen Barrieren bestehen aus einer dünnen Membran, auf der menschliche Zellen einer bestimmten Sorte auf der einen und ein zweiter Zelltyp auf der anderen Seite wachsen. Solche Co-Kulturen können mit chemischen Substanzen oder Nanopartikeln konfrontiert werden. Die Durchlässigkeit der Barriere wird physikalisch durch eine Widerstandsmessung oder indirekt via Konzentrationsbestimmung einer Testsubstanz ermittelt. Mögliche Zellschädigungen werden unter dem Mikroskop sichtbar gemacht. Derartige Modelle können helfen, geeignete Inhaltsstoffe für Medikamente und Kosmetika zu identifizieren oder die potenzielle Schädlichkeit von Umweltverschmutzungen zu untersuchen.

Grosses Potenzial in der Medizin haben beispielsweise biokompatible Nanopartikel. So stellte die Empa-Forscherin Tina Bürki an der Tagung ein Projekt vor, das sich mit der Durchlässigkeit der Plazenta für Nanopartikel auseinandersetzt. Das Projekt soll mit Barrieremodellen den Mechanismus aufklären ob und wie Nanopartikel den Weg durch die Plazentabarriere finden. Solche Teilchen könnten in Zukunft die Behandlung der Mutter zulassen, ohne den Fötus zu belasten und vice versa. In vitro-Modelle mit menschlichen Zellen sind hier besonders wichtig:

Die Plazenta ist das Organ mit den grössten artenspezifischen Unterschieden; Tiermodelle sind für die menschliche Plazenta somit kaum repräsentativ. Vergleichbare Nanopartikel könnten auch Medikamente ins Gehirn transportieren, das dank der Blut-Hirn-Schranke für 98 Prozent aller Substanzen unzugänglich ist. Substanzen, die diese Schranke überwinden können, könnten die Behandlung von Erkrankungen wie Alzheimer oder Parkinson ermöglichen.

Nahe am Original

Obwohl die Möglichkeit, Gewebe ausserhalb des Körpers zu kultivieren, seit etwa 100 Jahren bekannt ist, stehen die WissenschaftlerInnen noch vor verschiedenen Herausforderungen. Biologische Barrieren bestehen in vivo im Gegensatz zu den Monokulturen in der Petrischale aus unterschiedlichen Zelltypen; die natürliche Blutzirkulation ist schwer nachzuahmen. Die grösste Schwierigkeit liegt aber bei der Beschaffung geeigneter Zellen; denn obwohl viele Zellkulturen kommerziell erhältlich sind, eignen sich die meisten nicht für Barrieremodelle. Bei solchen Kulturen handelt es sich in der Regel um immortalisierte Zelllinien –Tumorzellen, die sich praktisch unendlich teilen können und somit «unsterblich» sind. Diese Zellen sind meist nicht in der Lage, Verbindungen untereinander auszubilden von der Art und Anzahl wie man sie im Körper findet. Von derartigen interzellulären Verbindungen hängt aber die Funktionalität der biologischen Barrieren ab. Für die Entwicklung eines funktionellen Barrieremodells sind daher Primärzellen erforderlich – Zellen, die einem menschlichen Gewebe direkt entnommen werden, kultiviert werden und nach einer bestimmten Anzahl Teilungen sterben. Primäre Hautzellen stellen kein Problem dar, primäre Darm- oder Bronchialzellen sind dagegen eher schwierig zu besorgen. Trotz dieser Herausforderungen arbeiten ForscherInnen mit Nachdruck daran, in vitro-Modelle biologischer Barrieren weiterzuentwickeln, die dem lebendigen Vorbild – dem Menschen – möglichst entsprechen.

Rémy Nideröst | idw
Weitere Informationen:
http://www.empa.ch/plugin/template/empa/3/133922/---/l=1

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Need for speed: Warum Malaria-Parasiten schneller sind als die menschlichen Abwehrzellen
20.07.2018 | Universitätsklinikum Heidelberg

nachricht Erwiesen: Mücken können tropisches Chikungunya-Virus auch bei niedrigen Temperaturen verbreiten
20.07.2018 | Bernhard-Nocht-Institut für Tropenmedizin

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Future electronic components to be printed like newspapers

A new manufacturing technique uses a process similar to newspaper printing to form smoother and more flexible metals for making ultrafast electronic devices.

The low-cost process, developed by Purdue University researchers, combines tools already used in industry for manufacturing metals on a large scale, but uses...

Im Focus: Rostocker Forscher entwickeln autonom fahrende Kräne

Industriepartner kommen aus sechs Ländern

Autonom fahrende, intelligente Kräne und Hebezeuge – dieser Ingenieurs-Traum könnte in den nächsten drei Jahren zur Wirklichkeit werden. Forscher aus dem...

Im Focus: Superscharfe Bilder von der neuen Adaptiven Optik des VLT

Das Very Large Telescope (VLT) der ESO hat das erste Licht mit einem neuen Modus Adaptiver Optik erreicht, die als Lasertomografie bezeichnet wird – und hat in diesem Rahmen bemerkenswert scharfe Testbilder vom Planeten Neptun, von Sternhaufen und anderen Objekten aufgenommen. Das bahnbrechende MUSE-Instrument kann ab sofort im sogenannten Narrow-Field-Modus mit dem adaptiven Optikmodul GALACSI diese neue Technik nutzen, um Turbulenzen in verschiedenen Höhen in der Erdatmosphäre zu korrigieren. Damit ist jetzt möglich, Bilder vom Erdboden im sichtbaren Licht aufzunehmen, die schärfer sind als die des NASA/ESA Hubble-Weltraumteleskops. Die Kombination aus exquisiter Bildschärfe und den spektroskopischen Fähigkeiten von MUSE wird es den Astronomen ermöglichen, die Eigenschaften astronomischer Objekte viel detaillierter als bisher zu untersuchen.

Das MUSE-Instrument (kurz für Multi Unit Spectroscopic Explorer) am Very Large Telescope (VLT) der ESO arbeitet mit einer adaptiven Optikeinheit namens GALACSI. Dabei kommt auch die Laser Guide Stars Facility, kurz ...

Im Focus: Diamant – ein unverzichtbarer Werkstoff der Fusionstechnologie

Forscher am KIT entwickeln Fenstereinheiten mit Diamantscheiben für Fusionsreaktoren – Neue Scheibe mit Rekorddurchmesser von 180 Millimetern

Klimafreundliche und fast unbegrenzte Energie aus dem Fusionskraftwerk – für dieses Ziel kooperieren Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler weltweit. Bislang...

Im Focus: Wiener Forscher finden vollkommen neues Konzept zur Messung von Quantenverschränkung

Quantenphysiker/innen der ÖAW entwickelten eine neuartige Methode für den Nachweis von hochdimensional verschränkten Quantensystemen. Diese ermöglicht mehr Effizienz, Sicherheit und eine weitaus geringere Fehleranfälligkeit gegenüber bisher gängigen Mess-Methoden, wie die Forscher/innen nun im Fachmagazin „Nature Physics“ berichten.

Die Vision einer vollständig abhörsicheren Übertragung von Information rückt dank der Verschränkung von Quantenteilchen immer mehr in Reichweite. Wird eine...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Stadtklima verbessern, Energiemix optimieren, sauberes Trinkwasser bereitstellen

19.07.2018 | Veranstaltungen

Innovation – the name of the game

18.07.2018 | Veranstaltungen

Wie geht es unserer Ostsee? Ein aktueller Zustandsbericht

17.07.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Neue Anwendungen für Mikrolaser in der Quanten-Nanophotonik

20.07.2018 | Physik Astronomie

Need for speed: Warum Malaria-Parasiten schneller sind als die menschlichen Abwehrzellen

20.07.2018 | Biowissenschaften Chemie

Die Gene sind nicht schuld

20.07.2018 | Medizin Gesundheit

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics