Online-Seminarreihe: Advanced 3D tissue culture

In der zweiten Folge der RepRefRed-Online-Seminarreihe gab Assoz. Prof. Dr. Michael Ausserlechner von der Medizinischen Universität Innsbruck interessante Einblicke in das 3D Bioprinting, die Nachteile und Tücken von 2D-Zellkulturen und Tierversuchen hinsichtlich ihrer Übertragbarkeit, und wie die Techniken, die sein Team entwickelt hat, zur weiteren Verbesserung von Ersatzmethoden führen könnte.

Vortragssprache: Englisch

Zusammenfassung:

Bis jetzt konnten über 2D-Zellkulturen zahlreiche wertvolle Informationen über biologische Mechanismen auf zellulärer Ebene gewonnen werden, jedoch wirkt sich das Kultivieren von Säugetierzellen in Form von Monolayern auf Kunststoffoberflächen signifikant auf den Metabolismus, die Genexpression und physiologische Funktionen aus.Dies kommt insbesondere durch den unterschiedlichen Einfluss von zu testenden Wirkstoffen zwischen 2D-Zellkulturen und 3D-Sphäroiden und gewonnenem Gewebe zum Vorschein. Aufgrund dieses markanten Unterschieds wurden Tierversuche in den letzten Jahrzehnten als Goldstandard für die Erprobung neuer Wirkstoffe und Grundlagenforschung herangezogen, trotz der bei beispielsweise zwischen Maus und Mensch vorliegenden mehr als 100 Millionen Jahren an evolutionärer Distanz.

Diese evolutionäre Distanz als auch die deutlichen Unterschiede hinsichtlich der Ernährung, des Hormonsystems, der Immunantwort und des Metabolismus beschränken die Relevanz von Tierversuchen zur Überprüfung von Wirkstoffen, mitunter auch gerade weil diese Unterschiede zu den häufigsten Gründen für das Versagen von potenziellen Wirkstoffkandidaten aus der präklinischen Forschung bei PatientInnen gehören. Potenzielle Lösungen für dieses Problem sind organoide/sphäroide Kulturen sowie bio-manufacturing-Methoden, die die Erstellung von komplexen humanen multizellulären in-vitro-Gewebsäquivalenten durch 3D-Bioprinting ermöglichen.

Das Team rund um Assoz. Prof. Dr. Michael Ausserlechner von der Medizinischen Universität Innsbruck entwickelt aufgrund dessen einerseits Rührkessel-Bioreaktoren für die dynamische 3D Kultivierung von in-vitro erstellten oder aus Patientenproben entwickelten Tumor-Sphäroiden, um patientenspezifische Wirkstoffantworten parallel zur klinischen Behandlung zu untersuchen.Andererseits gründeten sie Österreichs erstes 3D-Bioprinting-Labor, in dem additiv in-vitro Gewebsäquivalente für Haut, Tumorgewebe, Mesothel und Leber in Zentimetergröße hergestellt werden, um die Komplexität des menschlichen Körpers in-vitro nachzuahmen.

Diese Modelle bestehen aus mehreren Zelltypen, was die spontane Entstehung von Mikro-Gefäß-Netzwerken fördert, ähnlich der physiologischen, oder im Falle von Tumoren, pathologischen Angiogenese in-vivo. Die Gewebsäquivalente werden Layer für Layer in einem kleinen, selbst entwickelten Acryl-/Glas-Chip gedruckt um die Perfusion während der Kultivierung zu gewährleisten und ein höheres Maß an Parallelisierung zu ermöglichen. Durch die Kombination dieser Ansätze hofft das Team neuartige in-vitro Möglichkeiten zu schaffen, die die Therapie bei PatientInnen sowie die Übertragbarkeit und Verlässlichkeit wissenschaftlicher Ergebnisse in der Grundlagenforschung verbessern, und neue Ansätze für die Reduktion und den Ersatz von Tierversuchen in der Forschung bieten zu können.

Mehr über den Vortagenden und sein Team: 3D-Bioprinting-Team-MUI