Zellmodellentwicklung

Im Verbundprojekt PremoCell entwickelt das Fraunhofer IZI-BB humane Leberorganoide aus induzierten pluripotenten Stammzellen (hiPS-Zellen).

Die dreidimensionalen Modelle integrieren neben Hepatozyten weitere leberassoziierte Zelltypen wie Kupffer-Zellen, Stellate-Zellen und sinusoidale Endothelzellen (LSECs), um zentrale Eigenschaften menschlichen Lebergewebes abzubilden und schaffen eine humanrelevante Grundlage für die präklinische Bewertung von Wirkstoffkandidaten. Ein Schwerpunkt liegt auf der Entwicklung eines krankheitsnahen Modells für metabolisch assoziierte steatotische Lebererkrankungen und Steatohepatitis (MASLD/MASH).

Am Fraunhofer IPMS werden photonische Sensorchips entwickelt, die eine zeitaufgelöste Erfassung ausgewählter Biomarker ermöglichen sollen. Durch die Verbindung dieser Sensorik mit den hochdurchsatzfähigen 2D-Lebermodellen des Fraunhofer IBMT sowie den physiologisch relevanten Leberorganoiden und krankheitsnahen MASLD/MASH-Modellen des Fraunhofer IZI-BB soll eine flexible Plattform für Wirksamkeits- und Toxizitätsuntersuchungen in physiologisch relevanten In-vitro-Modellen entstehen.

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Im Projekt werden physiologisch relevante Zellmodelle aus induzierten pluripotenten Stammzellen (iPSCs) aufgebaut. Dazu werden iPSCs kultiviert, charakterisiert und in für die Blut-Hirn-Schranke relevante Zelltypen differenziert, darunter Endothelzellen, Perizyten und Astrozyten. Die Zellen werden hinsichtlich ihrer Identität, Qualität und Funktion umfassend geprüft, beispielsweise über spezifische Marker, Barriereeigenschaften und Transportmechanismen. Standardisierte Kultivierungs- und Qualitätskontrollverfahren sowie Zellbanken schaffen die Grundlage für eine langfristig zuverlässige Nutzung der Modelle in Forschung und präklinischer Wirkstoffbewertung.

Im Verbundprojekt PhysioInk entwickeln die Fraunhofer-Institute ISC, IAP, IMWS und IZI-BB prozessoptimierte Biotinten für den 3D-Biodruck physiologisch relevanter Gewebe. Ziel ist es, gute Druckbarkeit und biologische Funktionalität zu verbinden, um komplexe Gewebestrukturen reproduzierbar herstellen zu können.

Das Fraunhofer IAP und das Fraunhofer ISC stabilisieren Kollagen und Elastin mithilfe spezieller Makromoleküle. Das Fraunhofer IZI-BB untersucht Zell-Material-Interaktionen, Zellverträglichkeit und die Nährstoffversorgung gedruckter Gewebe durch optische Mikrosensoren. Die Biotinten werden unter anderem für physiologisches Herzgewebe sowie standardisierte Darmtumormodelle für die präklinische Wirkstoffentwicklung getestet.

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In der Fraunhofer Projektgruppe entwickeln Fraunhofer IZI-BB, BTU Cottbus-Senftenberg und TU Dresden neue zellfreie Syntheseplattformen zur schnellen Herstellung unspezifischer Peroxygenasen aus Pilzen mit dem Ziel neue pharmakologische Testsysteme zu entwickeln. Unspezifische Peroxygenasen katalysieren unter anderem selektive Sauerstofftransferreaktionen, wie sie auch bei der Metabolisierung von Arzneistoffen in der menschlichen Leber stattfinden. Die Ähnlichkeit zu Leber-gebildeten Metaboliten wird mithilfe eigens dafür entwickelter Leberzellmodelle mit definiert eingebrachten Biotransformationsenzymen überprüft.

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Das Projekt »PZ-Syn+G« baut auf der Fraunhofer-Projektgruppe »Pilzbasierte zellfreie Syntheseplattformen« (PZ-Syn) am BTU-Campus Senftenberg auf und richtet seinen Fokus auf die Etablierung einer verlässlichen Produktionspipeline für funktionsfähige G-Protein-gekoppelte Rezeptoren (GPCRs) – eine Rezeptorfamilie, die auf Grund ihrer Schlüsselfunktion für zentrale Signalwege das Ziel von mehr als einem Drittel aller zugelassenen Arzneistoffe darstellt. Aufgrund ihrer komplexen Struktur gehören sie jedoch zu den schwer zugänglichen Proteinklassen – ein Engpass für Wirkstoffforschung und Diagnostik.

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Das in diesem Projekt entstandene Mikrophysiologische System (Liver-on-Chip) zur Beurteilung der Langzeittoxizität von Wirkstoffen soll mittelfristig Tierversuche ersetzen. Die Echtzeitmessung der Konzentrationen von Glukose und Sauerstoff sowie des pH-Werts ermöglicht nicht nur eine Qualitätskontrolle, sondern liefert auch wertvolle zeitaufgelöste Informationen über die metabolische Aktivität der Hepatozyten, wenn sie Wirkstoffkandidaten oder chemischen Substanzen ausgesetzt sind.

ZUr Technologie

Das Fraunhofer IZI‑BB optimiert zellfrei Peroxygenasen und entwickelt humane Lebermodelle, um Wirkstoffe wie Clopidogrel und Tamoxifen in hochwirksame, verträgliche Metaboliten umzuwandeln. BTU und Fraunhofer IAP skalieren die Produktion und entwickeln die Formulierung und zelluläre Testung.

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