Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Für weniger Tierversuche: Neue 3D-Technologie schafft optimierte Bedingungen für Zellwachstum außerhalb des Organismus

22.07.2019

Nach zweijähriger Forschungsarbeit haben Wissenschaftler der Leipziger Universitätsmedizin zusammen mit einem Industriepartner die perfekte Geometrie gefunden: Auf einem neu entwickelten 3D-Silikongitter siedeln sich menschliche Stammzellen an und agieren so, wie sie es auch im menschlichen Körper tun. Erste Versuche haben gezeigt, dass sich die Funktion der Zellen im Vergleich zu 2D-Kulturen signifikant verbessern. Die neue Technologie kann dabei helfen, Tierversuche zu reduzieren.

Ob Medikamente oder Chemikalien – viele Wirkstoffe müssen in Tierversuchen auf ihre Verträglichkeit geprüft werden, bevor sie auf den Markt kommen. Alternativ können für einen Teil der Tests außerhalb des Organismus herangezüchtete Zellkulturen in Frage kommen.


Eingefärbte Zellkultur (lila) auf dem neu entwickelten 3D-Silkongitter (im Hintergrund) nach der Differenzierung Richtung Knochenzelle

Dr. Peggy Stock


Dr. Peggy Stock bei ihrer Arbeit im Labor

Universität Leipzig

Diese extrahierten Zellen konnten für Versuche jedoch bislang nur in zweidimensionalen Modellen, etwa auf den Böden von Petrischalen, geprüft werden. Doch menschliche Zellen wachsen im Körper in Verbänden und Organen heran und die sind dreidimensional und nicht flach.

„Studien haben gezeigt, dass Ergebnisse von 3D-Zellkultursystemen viel besser auf den menschlichen Organismus übertragbar sind“, sagt Dr. Peggy Stock, Leiterin des Verbundforschungsprojektes der Universitätsmedizin Leipzig.

Elastisches Silikon aus dem 3D-Drucker

Nach zweijähriger Laufzeit sind die Forscher im Projekt „Konzeption einer 3D-Silikonstruktur für die Kultur von Säugetierzellen“ einen großen Schritt weiter. Zusammen mit dem Industriepartner KET GmbH haben die Wissenschaftler die 3D-Silikon-Plott-Technologie neu entwickelt. Dabei werden die Stränge für das Gitter in organischer Struktur übereinander aufgetragen.

Zuvor testeten die Forscher verschiedene Silikonarten bis sie die beste fanden: „Wir arbeiten mit einem Silikon, das sehr elastisch ist und ungefähr dem entspricht, wie wir es bei Organen im menschlichen Organismus vorfinden. Das Silikon muss gut für die Zellen aber natürlich auch für den 3D-Druck funktionieren“, sagt Dr. Peggy Stock, Wissenschaftlerin der Arbeitsgruppe Angewandte Molekulare Hepatologie unter der Leitung von Prof. Dr. Bruno Christ.

Erste Tests belegen bessere Funktionalität der Zellen

Um zu testen, welche Vorzüge das 3D-System gegenüber 2D-Zellkulturen bietet, hat das Forscherteam menschliche Stammzellen aus dem Fettgewebe isoliert. Im nächsten Schritt wurden sie auf das Silikongitter ausgesät und in einem Brutschrank kultiviert.

Die Wissenschaftler differenzierten die menschlichen Stammzellen auf den 3D-Gittern so, dass sie wie organische Zellen im Körper agieren. Dort überlebten sie bis zu sechs Wochen. „Wir konnten zeigen, dass die Zellen das 3D-Gitter besiedeln und dabei selbst dreidimensionale Zellstrukturen bilden. Somit bleiben ihre natürlichen Eigenschaften erhalten, etwa die Kommunikation der Zellen untereinander“, so Stock.

Zudem haben sich die aus Stammzellen differenzierten Leberzellen signifikant in ihrer Funktion verbessert verglichen zu den Zellen, die in einer 2D-Kultur differenziert wurden. Das bedeutet: Die leberähnlichen Zellen konnten besser die Proteine synthetisieren, die normalerweise in Leber synthetisiert werden. Auch für Knochenzellen konnten die Forscher nachweisen, dass die Knochendifferenzierung hier besser gelingt als in einer 2D-Kultur.

„Wir werden Tierversuche nicht gänzlich abschaffen, aber wir haben mit dem Silikongitter etwas geschaffen, das die Vorhersagen über die Machbarkeit von Neuentwicklungen im Bereich der Medizin und Arzneimittel erlaubt, in breiter Anwendung einsetzbar ist und so zur Verminderung von Tierversuchen beitragen kann“, so Stock weiter.

Das Gitter wurde vom Industriepartner im Verbundprojekt, der KET Kunststoff- und Elasttechnik GmbH Liegau-Augustusbad, entwickelt, die sich unter anderem auf die Produktion von Medizintechnik spezialisiert hat. Gemäß den Förderrichtlinien wurde zunächst ein Funktionstyp entwickelt, der voraussichtlich 2025 in Serie gehen soll.

Das Vorhaben wurde mit Mitteln des Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) und Mitteln des Freistaates Sachsen in Höhe von 120.000 Euro gefördert.

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Dr. Peggy Stock, Tel.: 0341 97-13555, peggy.stock@medizin.uni-leipzig.de

Dr. Katarina Werneburg | idw - Informationsdienst Wissenschaft
Weitere Informationen:
http://www.uni-leipzig.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Neuartiges Covid-19-Schnelltestverfahren auf Basis innovativer DNA-Polymerasen entwickelt
28.05.2020 | Universität Konstanz

nachricht Forschung zur Vermeidung von Tumorschmerz beim Bauchspeicheldrüsenkrebs
28.05.2020 | Universitätsmedizin Mannheim

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: Neuartiges Covid-19-Schnelltestverfahren auf Basis innovativer DNA-Polymerasen entwickelt

Eine Forschungskooperation der Universität Konstanz unter Federführung von Professor Dr. Christof Hauck (Fachbereich Biologie) mit Beteiligung des Klinikum Konstanz, eines Konstanzer Diagnostiklabors und des Konstanzer Unternehmens myPOLS Biotec, einer Ausgründung aus der Arbeitsgruppe für Organische Chemie / Zelluläre Chemie der Universität Konstanz, hat ein neuartiges Covid-19-Schnelltestverfahren entwickelt. Dieser Test ermöglicht es, Ergebnisse in der Hälfte der Zeit zu ermitteln – im Vergleich zur klassischen Polymerase-Ketten-Reaktion (PCR).

Die frühe Identifikation von Patienten, die mit dem neuartigen Coronavirus (SARS-CoV-2) infiziert sind, ist zentrale Voraussetzung bei der globalen Bewältigung...

Im Focus: Textilherstellung für Weltraumantennen startet in die Industrialisierungsphase

Im Rahmen des EU-Projekts LEA (Large European Antenna) hat das Fraunhofer-Anwendungszentrum für Textile Faserkeramiken TFK in Münchberg gemeinsam mit den Unternehmen HPS GmbH und Iprotex GmbH & Co. KG ein reflektierendes Metallnetz für Weltraumantennen entwickelt, das ab August 2020 in die Produktion gehen wird.

Beim Stichwort Raumfahrt werden zunächst Assoziationen zu Forschungen auf Mond und Mars sowie zur Beobachtung ferner Galaxien geweckt. Für unseren Alltag sind...

Im Focus: Biotechnologie: Enzym setzt durch Licht neuartige Reaktion in Gang

In lebenden Zellen treiben Enzyme biochemische Stoffwechselprozesse an. Auch in der Biotechnologie sind sie als Katalysatoren gefragt, um zum Beispiel chemische Produkte wie Arzneimittel herzustellen. Forscher haben nun ein Enzym identifiziert, das durch die Beleuchtung mit blauem Licht katalytisch aktiv wird und eine Reaktion in Gang setzt, die in der Enzymatik bisher unbekannt war. Die Studie ist in „Nature Communications“ erschienen.

Enzyme – in jeder lebenden Zelle sind sie die zentralen Antreiber für biochemische Stoffwechselprozesse und machen dort Reaktionen möglich. Genau diese...

Im Focus: Biotechnology: Triggered by light, a novel way to switch on an enzyme

In living cells, enzymes drive biochemical metabolic processes enabling reactions to take place efficiently. It is this very ability which allows them to be used as catalysts in biotechnology, for example to create chemical products such as pharmaceutics. Researchers now identified an enzyme that, when illuminated with blue light, becomes catalytically active and initiates a reaction that was previously unknown in enzymatics. The study was published in "Nature Communications".

Enzymes: they are the central drivers for biochemical metabolic processes in every living cell, enabling reactions to take place efficiently. It is this very...

Im Focus: Innovative Sensornetze aus Satelliten

In Würzburg werden vier Kleinst-Satelliten auf ihren Start vorbereitet. Sie sollen sich in einer Formation bewegen und weltweit erstmals ihre dreidimensionale Anordnung im Orbit selbstständig kontrollieren.

Wenn ein Gegenstand wie der Planet Erde komplett ohne tote Winkel erfasst werden soll, muss man ihn aus verschiedenen Richtungen ansehen und die...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Gebäudewärme mit "grünem" Wasserstoff oder "grünem" Strom?

26.05.2020 | Veranstaltungen

Dresden Nexus Conference 2020 - Gleicher Termin, virtuelles Format, Anmeldung geöffnet

19.05.2020 | Veranstaltungen

Urban Transport Conference 2020 in digitaler Form

18.05.2020 | Veranstaltungen

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

Ein wichtiger Schritt zum Neuromorphen Rechnen: richtungsweisende Arbeit aus Dresden

28.05.2020 | Materialwissenschaften

Wieso Radium-Monofluorid den Blick ins Universum fundamental verändern kann

28.05.2020 | Physik Astronomie

Neuartiges Covid-19-Schnelltestverfahren auf Basis innovativer DNA-Polymerasen entwickelt

28.05.2020 | Biowissenschaften Chemie

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