In-vitro-Modelle

Unser Portfolio

© K. Dobberke für Fraunhofer ISC

Am Fraunhofer TLZ-RT steht ein breites Portfolio an In-vitro-Gewebemodellen zur Verfügung, wobei wir uns auf Barriere-Organe wie die Haut, den Darm, die Atemwege oder die Blut-Hirn-Schranke fokussieren.

Die eingesetzten Modelle sind humanen Ursprungs und werden entweder aus primären Zellen oder Stammzellen generiert. Weiterhin stehen standardisierte Tumormodelle auf einer biologischen Gewebematrix zur Verfügung, die sich durch das Vorhandensein einer Basalmembran auszeichnen und zur Analyse des Invasionsverhaltens eingesetzt werden können.

Ziel der Anwendung humaner Gewebemodelle ist es, einen aktiven Beitrag zur Reduktion von Tierversuchen im Sinne des 3R-Prinzips zu leisten und Wirkungs- bzw. Risikoabschätzungen von Substanzen durchführen zu können.

© K. Dobberke für Fraunhofer ISC

In-vitro Tumor
© Fraunhofer ISC
In-vitro-Testsysteme
© Fraunhofer ISC

Ihr Ansprechpartner

Florian Groeber-Becker

Contact Press / Media

Dr. Florian Groeber-Becker

Leitung In-vitro Testsysteme

Fraunhofer-Translationszentrum für Regenerative Therapien TLZ-RT
Neunerplatz 2
97082 Würzburg

Telefon +49 931 31-86669

Christian Lotz

Contact Press / Media

Dr. Christian Lotz

Stellv. Leitung In-vitro Testsysteme

Fraunhofer-Translationszentrum für Regenerative Therapien TLZ-RT
Röntgenring 11
97070 Würzburg

Telefon +49 931 31-82596

Gewebemodelle der humanen leitenden Atemwege

In-vitro-Modelle Atemwege
© Fraunhofer ISC
Methylenblaufärbung eines 3D Gewebemodells der humanen Atemwegschleimhaut

Unter Verwendung primärer Epithelzellen und biologischer Trägerstrukturen generieren wir 3D Gewebemodelle der humanen Nasen- und Tracheobronchial-Schleimhaut mit hoher In-vitro-/ In-vivo-Korrelation. Die Epithelzellen bilden einen mukoziliären Phänotyp aus und sind über eine Basalmembran in das darunterliegende Bindegewebe verankert. Die Gewebemodelle können u.a. zur Risikoabschätzung biologischer Substanzen und synthetischer Materialien, für Infektionsstudien sowie im Bereich der personalisierten Therapie eingesetzt werden.

Für viele Krankheitserreger ist der Mensch der einzige natürliche Wirt. Hier sind die aus Tierversuchen erhobenen Daten oft nicht auf die Mechanismen im humanen Organismus übertragbar. Mit unseren Partnern aus der Mikrobiologie und der Virologie der Universität Würzburg untersuchen wir die Interaktion von Humanpathogenen mit dem Wirtsgewebe anhand unserer 3D Gewebemodelle der leitenden Atemwege in vitro.

Wenn wir die Schlüsselereignisse natürlicher Infektionen verstehen, werden wir in der Lage sein, neue präventive und therapeutische Strategien zur Bekämpfung von Infektionskrankheiten zu erarbeiten.

Service

  • Wirksamkeitstests neuer Wirkstoffkandidaten
  • Risikoabschätzung
  • Kundenspezifische Entwicklung neuartiger Modelle und Testverfahren
  • Analyse des Zilienschlags mittels Hochgeschwindigkeits-Mikroskopie
  • Morphologische / Histologische Analysen der Gewebemodelle
  • Analyse der Zellviabilität, Barriereintegrität, Gen- und Proteinexpression

Anwendungen

  • Medikamentenentwicklung für Erkrankungen der Atemwege
  • Infektionsstudien mit (humanpathogenen) Viren zur Entwicklung neuer Wirkstoffe (z. B. SARS-CoV-2) in Kooperation mit Prof. Jochen Bodem (Universität Würzburg)
  • Präklinische Studien für Wirkstoffkandidaten, Formulierungen oder Nanopartikel
 

Forschung vs. Corona

Dreidimensionale Gewebemodelle eigenen sich zur Aufdeckung von Infektionsmechanismen von SARS-CoV-2 und erlauben die Testung von neuen Medikamenten, ohne dass auf Tiermodelle zurückgegriffen werden muss. So leisten diese Modelle einen wichtigen Beitrag, schnell auf Pandemien reagieren zu können. Die am TLZ entwickelten Modelle der leitenden Atemwege konnten z. B. mit SARS-CoV-2 infiziert werden und werden im Rahmen des Fraunhofer vs. Corona Programms verwendet, um Wirkstoffkandidaten gegen SARS-CoV-2 zu identifizieren.

Ihre Ansprechpartnerin

Maria Steinke

Contact Press / Media

Dr. Maria Steinke

Projektleitung In-vitro Testsysteme

Fraunhofer-Translationszentrum für Regenerative Therapien TLZ-RT
Röntgenring 11
97070 Würzburg

Telefon +49 931 31-80720

Humane 3D Gewebemodelle für Infektionsstudien

In-vitro Infektionsmodell SARS-CoV-2
© Fraunhofer ISC
Mit SARS-CoV-2 infizierte Atemwegs-Gewebemodelle

Für viele Krankheitserreger ist der Mensch der einzige natürliche Wirt. Hier sind die aus Tierversuchen erhobenen Daten oft nicht auf die Mechanismen im humanen Organismus übertragbar. Mit unseren Partnern des Graduiertenkollegs 2157 und der Virologie (Universität Würzburg) untersuchen wir die Interaktion von Humanpathogenen mit dem Wirtsgewebe anhand entsprechender 3D Gewebemodelle in vitro.
Wenn wir die Schlüsselereignisse natürlicher Infektionen verstehen, werden wir in der Lage sein, neue präventive und therapeutische Strategien zur Bekämpfung von Infektionskrankheiten zu erarbeiten.

Service

  • Kundenspezifische Entwicklung neuartiger Modelle und Testverfahren
  • Analyse der viralen Replikation
  • Morphologische / Histologische Analysen der infizierten Gewebemodelle
  • Analyse der Zellviabilität, Barriereintegrität, Gen- und Proteinexpression

Anwendungen

  • Aufklärung molekularer Infektionsmechanismen
  • Präklinische Infektionsstudien für Wirkstoffkandidaten
  • Testung von Therapieansätzen
 

Forschung vs. Corona

Dreidimensionale Gewebemodelle eigenen sich zur Aufdeckung von Infektionsmechanismen von SARS-CoV-2 und erlauben die Testung von neuen Medikamenten, ohne dass auf Tiermodelle zurückgegriffen werden muss. So leisten diese Modelle einen wichtigen Beitrag, schnell auf Pandemien reagieren zu können. Die am TLZ entwickelten Modelle der leitenden Atemwege konnten z. B. mit SARS-CoV-2 infiziert werden und werden im Rahmen des Fraunhofer vs. Corona Programms verwendet, um Wirkstoffkandidaten gegen SARS-CoV-2 zu identifizieren.

Ihre Ansprechpartnerin

Maria Steinke

Contact Press / Media

Dr. Maria Steinke

Projektleitung In-vitro Testsysteme

Fraunhofer-Translationszentrum für Regenerative Therapien TLZ-RT
Röntgenring 11
97070 Würzburg

Telefon +49 931 31-80720

Humane Gewebemodelle des Auges für In-vitro-Testungen

In-vitro-Modelle Auge Cornea
© pixabay

Das menschliche Auge ist für die optische Wahrnehmung unserer Umwelt zuständig. Damit Licht die sensorischen Zellen der Retina erreicht, ist das Auge nur durch ein dünnes und transparentes Gewebe, die Cornea, geschützt. Im Vergleich zur Epidermis der Haut ist die Cornea nicht verhornt und deshalb anfälliger für mechanische und chemische Verletzungen.

Als Alternative zum Tierversuch haben wir ein humanes Corneamodell  entwickelt, das die In-vivo-Anatomie widerspiegelt. Aufgrund der zentralen Bedeutung unseres Sehsinns und seiner Verletzlichkeit bieten wir standardisierte Testprotokolle an, um das potentielle Risiko und die Wirksamkeit von Substanzen sowie die Wundheilung für das menschliche Auge einzuschätzen.

Service

  • Wirksamkeitstests topischer und systemisch applizierter Arzneimittelkandidaten
  • Bestimmung der Wirkungsweise
  • Risikoabschätzung
  • Bewertung von kosmetischen Inhaltsstoffen und Formulierungen
  • Kundenspezifische Entwicklung neuartiger Modelle und Testverfahren

Anwendungen

  • Augenreizungstest
  • Wundheilung
  • Transportstudien
  • Analyse der Zellviabilität und Barriereintegrität
  • Morphologische und anatomische Untersuchung der Gewebemodelle
 

Presseinformation / 19.11.2020

Projektstart »ImAi«

Neues Testverfahren will weltweiten Standard-Tierversuch ersetzen – Projekt gestartet

Ihr Ansprechpartner

Christian Lotz

Contact Press / Media

Dr. Christian Lotz

Stellv. Leitung In-vitro Testsysteme

Fraunhofer-Translationszentrum für Regenerative Therapien TLZ-RT
Röntgenring 11
97070 Würzburg

Telefon +49 931 31-82596

Humanes In-vitro Blut-Hirn-Schranke Modell

In-vitro-Modelle Blut-Hirn-Schranke
© Fraunhofer ISC

Die Blut-Hirn-Schranke (BHS) ist eine der dichtesten Barrieren im menschlichen Körper und schützt das empfindliche Zentralnervensystem vor zytotoxischen Einflüssen sowie Krankheitserregern.

Mit Hilfe humaner induziert pluripotenter Stammzellen (hiPSCs) sind wir in der Lage, patienten- und krankheitsspezifische In-vitro-Testsysteme der BHS zur Untersuchung kundenspezifischer Fragestellungen anzubieten. Unser BHS-Modell kann als Evaluationsinstrument in der präklinischen Forschung und Entwicklung eingesetzt werden, z. B. für Arzneimitteltransport- oder Infektionsstudien.

Aufbau der in vitro Blut-Hirn-Schranke-Modelle

Transwellmodelle für analytische Substanztestungen

In-vitro-Modelle Blut-Hirn-Schranke Transwell
© Fraunhofer ISC

Service

  • Transportstudien zur Analyse der Transportkinetik, Effluxrate und des Permeabilitätskoeffizienten einer Testsubstanz
  • Analyse von Gen-/Proteinexpressionen
  • Untersuchung der Zellviabilität und Zytotoxizität
  • Messung des transendothelialen elektrischen Widerstandes (TEER) zur Analyse der Barriereintegrität
  • Kundenspezifische Entwicklung neuartiger Modelle und Testverfahren

Anwendungen

  • Medikamentenentwicklung für Erkrankungen des Zentralnervensystems (z. B. Epilepsie, Morbus Alzheimer, Morbus Parkinson, Schlaganfall, Multiple Sklerose)
  • Infektionsstudien mit human-spezifischen Pathogenen (z. B. Neisseria meningitidis)
  • Präklinische Studien für Medikamente, Komponenten, Formulierungen oder Nanopartikel

Ihre Ansprechpartnerin

Antje Appelt-Menzel

Contact Press / Media

Dr. Antje Appelt-Menzel

Projektleitung In-vitro Testsysteme

Fraunhofer-Translationszentrum für Regenerative Therapien TLZ-RT
Röntgenring 11
97070 Würzburg

Telefon +49 931 31-80771

Humane primärzellbasierte Darmmodelle

In-vitro Darmmodell
© Fraunhofer ISC
Darmmodell infiziert mit Salmonella Typhimurium: Zellkerne sind in cyan, zelluläres Zytoskelett ist in magenta und Bakterien der Spezies Salmonella Typhimurium in gelb dargestellt.

Der Darm ist das größte innere Organ des Menschen mit vielseitigen Funktionen, die aus dem strukturellen und zellulären Aufbau des Darmepithels hervorgehen. Während die Vilusregionen des Epithels vorwiegend differenzierte Zellen mit unterschiedlichen Funktionen aufweisen, sind Stamm- und Vorläuferzellen des Epithels in den Darmkrypten lokalisiert.

In vitro können die Stammzellen des Epithels als Organoide kultiviert werden, die für den Aufbau der humanen Transwell®-ähnlichen Gewebemodelle mit einer biologischen Extrazellulärmatrix als Scaffold verwendet werden. Nach Reifung in vitro können in den Modellen alle Zelltypen des humanen Epithels mit charakteristischen strukturellen und biologischen Eigenschaften nachgebildet werden.

Je nach Fragestellung finden die gastrointestinalen Modelle des Fraunhofer TLZ-RT Anwendung in der Grundlagenforschung, im Rahmen von Biokompatibilitätsstudien, drug- und tox-Screenings als auch dem disease modeling oder für Infektionsstudien.

In-vitro-Modelle Gastrointestinaltrakt
© Fraunhofer ISC

Service

  • Testungen neuartiger Trägerstrukturen small intestinal tissue engineering
  • Bioverfügbarkeitsstudien (Transportkinetik, Effluxraten und Permeabilitätskoeffizienten)
  • Toxizitäts- (Zelltod-, Zellviabilität- und Proliferationsanalysen) und Charakterisierungsstudien (ultrastrukturelle und immunohistochemische Analyse der Zytoarchitektur, Gen- und Proteinexpressionsprofiling, Bestimmung der Barriereintegrität und -funktionalität)

Anwendungen

  • Matrixentwicklung und -testung für das small intestinal tissue engineering
  • Medikamentenscreening im Kontext humaner Erkrankungen des Gastrointestinaltraktes (z. B. Morbus Crohn, Colitis Ulcerosa etc.)
  • Bioverfügbarkeitsstudien kundenspezifischer Testsubstanzen wie z. B. neuartige Nährstoffkomponenten in Lebens- und/oder Futtermitteln
  • Infektionsstudien mit human-pathogenen Erregern (z. B. Salmonella Typhimurium, Campylobacter jejuni etc.)

Ihre Ansprechpartnerin

Daniela Zdzieblo

Contact Press / Media

Dr. Daniela Zdzieblo

Projektleitung Gastrointestinale In-vitro Testsysteme

Fraunhofer-Translationszentrum für Regenerative Therapien TLZ-RT
Röntgenring 11
97070 Würzburg

Telefon +49 931 31-82164

Hautmodelle als Alternative zu Tiermodellen

© K. Dobberke für Fraunhofer ISC

Die Haut schützt den menschlichen Körper vor potentiell gefährlichen Einflüssen und bildet die Grenzfläche zu unserer Umwelt. Entsprechend wichtig ist es die Funktionalität der Haut aufrechtzuerhalten.

Am Fraunhofer TLZ haben wir deshalb Methoden entwickelt, um aus menschlichen Hautzellen in vitro Hautmodelle herzustellen, die dazu genutzt werden können schädigende Substanzen zu identifizieren beziehungsweise eine positive Beeinflussung der Haut nachzuweisen. Je nach Fragestellung kann dabei auf ein epidermales, ein epidermales-dermales und ein vaskularisiertes Hautmodell zurückgegriffen werden.

Zudem können auch verschiedene Hautkrankheiten wie etwa das maligne Melanom in vitro nachgestellt werden, wodurch auch eine Therapieentwicklung in vitro möglich ist.

 

In-vitro-Hautmodelle
© Fraunhofer ISC

Service

  • Breites Portfolio etablierter Testmethoden (z. B. Entzündungshemmend, Barrierefunktion, Keratinaggregation, Hautreizung)
  • Etabliertes Wundheilungsmodell
  • Kundenspezifische Entwicklung neuartiger Modelle und Testverfahren

Anwendungen

  • Wirksamkeitstests topischer und systemisch applizierter Arzneimittelkandidaten
  • Bestimmung der Wirkungsweise
  • Risikoabschätzung
  • Bewertung von kosmetischen Inhaltsstoffen und Formulierungen

Ihr Ansprechpartner

Florian Groeber-Becker

Contact Press / Media

Dr. Florian Groeber-Becker

Leitung In-vitro Testsysteme

Fraunhofer-Translationszentrum für Regenerative Therapien TLZ-RT
Neunerplatz 2
97082 Würzburg

Telefon +49 931 31-86669

Christian Lotz

Contact Press / Media

Dr. Christian Lotz

Stellv. Leitung In-vitro Testsysteme

Fraunhofer-Translationszentrum für Regenerative Therapien TLZ-RT
Röntgenring 11
97070 Würzburg

Telefon +49 931 31-82596

Angela Rossi

Contact Press / Media

Dr. Angela Rossi

Leitung Industrielle Testungen

Fraunhofer-Translationszentrum für Regenerative Therapien TLZ-RT
Röntgenring 11
97070 Würzburg

Telefon +49 931 31-88002

Verena Schneider

Contact Press / Media

Verena Schneider

Projektleitung In-vitro Wundheilungsstudien

Fraunhofer-Translationszentrum für Regenerative Therapien TLZ-RT
Röntgenring 11
97070 Würzburg

Telefon +49 931 4100-136

3D-Tumortestsysteme auf einer biologischen Matrix

In-vitro Tumormodell
© Fraunhofer ISC
Tumormodelle mit Stroma

Als Alleinstellungsmerkmal integrieren die hier entwickelten Tumortestsysteme die Struktur der Basalmembran nach Dezellularisierung eines Schweinedarms zur physiologischen Verankerung von Karzinomzellen. Diese Modelle ermöglichen Medikamententests in verschieden fortgeschrittenen Stadien und Analysen von Wirkungsweisen.

Tumorzellen wachsen in verschiedenen Gewebenischen als Monolayer oder als Aggregate auch in Kokultur mit Fibroblasten, Endothel- und/oder Immunzellen. Bioreaktoren verlängern die Testzeiträume auf mehrere Wochen und können die Kultur an physiologischere Bedingungen anpassen.

Erzeugung von 3D-Modellen
© Fraunhofer ISC
Erzeugen von 3D-Modellen aus Schweinedarm
In-vivo-Anpassung durch Bioreaktoren
© Fraunhofer ISC
In-vivo-Anpassung durch Bioreaktoren
Endothelzellbarriere
© Fraunhofer ISC
Tests mit Endothelbarriere

Service

  • Erzeugung von 3D-Modellen aus Schweinedarm
  • Im 12-Well-Format entstehen innerhalb von 11 Tagen Tumorgewebe für nachfolgende flexible Tests von Tag 1 bis 7
  • Förderung des Wachstums von Tumorgewebe durch Bioreaktoren
  • Bioreaktoren ermöglichen Arzneimitteltests über mehrere Wochen

Anwendungen

  • Tests einschließlich der endothelialen Barriere
  • Für Transmigrationsstudien von Immun- oder Tumorzellen können Endothelzellen auf der anderen Seite der Matrix hinzugefügt werden
  • Tests einschließlich des Tumorstromas
  • Immuntherapien wie BiTE und CAR T-Zellen können getestet werden

Ihre Ansprechpartnerin

Sarah Nietzer

Contact Press / Media

Dr. Sarah Nietzer

Projektleitung In-vitro Testsysteme

Fraunhofer-Translationszentrum für Regenerative Therapien TLZ-RT
Röntgenring 11
97070 Würzburg

Telefon +49 931 31-82596