Dreidimensionale (3D-) Mikrobiom- und Infektionshautmodelle

Wir entwickeln 3D-Mikrobiom- und Infektionshautmodelle mit integriertem Immunsystem, mit denen Wirt-Pathogen/Mikrobiom Interaktionenuntersucht werden können.

Als Basis nutzen wir unsere rekonstituierten Epidermis- und Vollhautmodelle aus gezielt immortalisierten primären oder primären Zellen sowie Modelle, die um Immunzellen ergänzt werden. Die ausgebildete Hornschicht (Stratum corneum) der Modelle wird entsprechend der gewünschten Anwendung mit spezifischen Hautmikrobiom- oder pathogenen Mikroorganismen besiedelt. 

Mikrobiom-Hautmodelle

sind rekonstruierte Modelle, deren Stratum corneum mit kommensalen Hautmikrobiomstämmen wie Staphylococcus ssp., beispielsweise S. epidermidis, oder Micrococcus luteus besiedelt werden [1].

Infektionshautmodelle

sind rekonstruierte Modelle, deren Stratum corneum mit pathogenen, opportunistischen Mikroorganismen wie Staphylococcus aureus, Staphylococcus pyogenes, Escherichia coli, Klebsiella ssp., Pseudomonas aeruginosa., Cutibacterium acnes, Herpes simplex Virus 1, Candida albicans oder Malassezia furfur infiziert werden, welche dermatologische Infektionen hervorrufen können [2]. 

Das Hautmikrobiom besteht aus unterschiedlichen Mikroorganismen und ist Teil des natürlichen Schutzmechanismus der Haut. Hauptbestandteil sind kommensale Mikroorganismen, welche auf der Haut eng mit dem Wirt leben, ihn aber dennoch nicht schädigen.

Kommensale können die Besiedelung pathogener Bakterien auf den Hautzellen verringern. Zudem können sie die Immunantwort auf pathogene Bakterien verstärken, indem sie die Produktion von Interferon und anderen Zytokinen sowie die Phagozytose anregen [3].

Störung des Mikrobiom-Gleichgewichts durch Medikamente oder Kosmetika

Das Hautmikrobiom kann aber auch aus pathogenen, opportunistischen Mikroorganismen bestehen, die Krankheiten auslösen. Im gesunden Wirt besteht ein individuelles Gleichgewicht zwischen kommensalen und opportunistischen Mikroorganismen. Dieses Gleichgewicht kann sich durch geschwächte Abwehrkräfte des Wirts, durch eine veränderte Hormonproduktion, aber auch durch die Anwendung von Medikamenten, Kosmetika oder Körperpflegeprodukten zugunsten der opportunistischen Mikroorganismen verschieben. Verschiedenen Studien zufolge sind solche Veränderungen im Hautmikrobiom an der Pathophysiologie verschiedener Dermatosen beteiligt [4].

Speziesspezifische Unterschiede erfordern spezifische Hautmodelle 

Obwohl viele Mausmodelle zur Untersuchung der Hautphysiologie und -biologie angewandt werden, unterscheidet sich die Maushaut maßgeblich von der menschlichen Haut in der anatomischen Struktur, in der Genexpression, dem Zytokinprofil, den antimikrobiellen Peptiden und in der Zusammensetzung der Proteine, die mit der Hautbarriere zusammenhängen und den epidermalen Differenzierungskomplex bilden [5]. In der Folge beeinflussen diese artspezifischen Unterschiede in der angeborenen kutanen Abwehr die Interaktion zwischen Haut und Mikrobiota auf unterschiedliche Weise. Es liegt daher nahe, dass die Maushaut kein geeignetes Modell für die Untersuchung der Interaktion zwischen Haut und Mikrobiota des Menschen ist und dass Mausexperimente mit Organismen des humanen Hautmikrobioms zu irreführenden Schlussfolgerungen führen können [6]. 

Humane 3D-Hautmodelle mit ihrer vollständigen differenzierten epidermalen Barriere haben sich als wertvolles Instrument in der dermatologischen Forschung etabliert und sind hier von wesentlicher Bedeutung [7]. 

Mit unserer über Jahrzehnte gesammelten Erfahrung in der Zelllinienentwicklung, in der Arbeit mit (pathogenen) Mikroorganismen und der Einhaltung höchster Qualitätsstandards etablieren wir humane und tierische 3D-Mikrobiom- und Infektionshautmodelle.

Die Hautmodelle zur Untersuchung von Wirtsreaktionen der Haut bei Anwesenheit von Mikrobiom- oder pathogenen Mikroorganismen können neben Komponenten der Haut und den Mikroorganismen auch Immunzellen beinhalten. 

Alleinstellungsmerkmal: Speziesspezifische Modelle mit hoher Aussagekraft

Unsere 3D-Mikrobiom- und Infektionshautmodelle werden aus gezielt immortalisierten primären Hautzellen gesunder menschlicher oder tierischer Spender, beispielsweise dem Hund, hergestellt. Diese Zellen behalten ihr physiologisches Verhalten bei und sind gleichzeitig unbegrenzt verfügbar. 

Unsere speziesspezifischen 3D-Mikrobiom- und Infektionsmodelle bieten eine Vielzahl an Vorteilen [8]: 

• Unabhängigkeit von Spendern
• Hohe Reproduzierbarkeit
• Vollständig differenzierte Epidermis
• Einfache Simulation von Entzündungen oder Krankheiten durch Zugabe von Zytokinen oder Wachstumsfaktoren oder durch den Einsatz gezielt genetisch modifizierter Hautzellen, welche intrinsisch Entzündungen verstärken
• Speziesspezifische Ergebnisse und Erkenntnisse