Reporterhaut: In-vitro-Hautmodelle zum Nachweis von Zellstress

Um die Verbrauchersicherheit von Präparaten zu garantieren, werden kosmetische und medizinische Inhaltsstoffe vor ihrer Zulassung einer Risikobewertung unterzogen.

Standardisierte Testung von Substanzen zur tierversuchsfreien Sicherheitsbewertung: Next-Generation Risk Assessment (NGRA)

Ethische, regulatorische und wissenschaftliche Gründe haben zur Entstehung des Next-Generation Risk Assessment (NGRA) geführt, einer hypothesengesteuerten, modernen und vor allem tierversuchsfreien Risikobewertung. Daher besteht ein dringender Bedarf an in-vivo-nahen In-vitro-Alternativen, um bisherige Tests für die Sicherheitsbewertung von Substanzen zu ersetzen.

Reporterhaut-Modelle: Präzise Substanztestung am lebenden In-vitro-Gewebe

Am Fraunhofer IGB haben wir ein Set von in-vivo-nahen 3D-Reporterhautmodellen etabliert, welche die komplexe Physiologie der Haut einschließlich der intakten Hautbarriere abbilden.

Unser Alleinstellungsmerkmal: Spezielle Reportergene machen Zellreaktionen über die Aktivierung einer Signalkaskade sichtbar und ermöglichen damit eine schnelle und präzise Auswertung von Zellreaktionen am lebenden Modell – ohne das aufwendige Anfertigen histologischer Schnitte zur mikroskopischen Untersuchung.

Mit diesen »Reporterhautmodellen« können sowohl Aussagen über das toxikologische Potenzial einer Substanz getroffen als auch spezifisch und schnell die Aktivierung verschiedener zellulärer Stresssignalwege durch die Substanz in demselben Modell ausgelesen werden. Damit übertreffen diese Modelle die am Markt vorhandenen Testsysteme erheblich hinsichtlich ihrer Anwendbarkeit und Aussagekraft.

© Fraunhofer IGB
Schematische Darstellung der Funktionsweise der 3D In-vitro-Reporterhautmodelle, TF = Transkriptionsfaktor (erstellt mit BioRender.com)

Vorteile

Reportergen ermöglicht schnelle und präzise Auswertung von Zellreaktionen am lebenden Modell
Testsubstanzen können sowohl systemisch als auch topisch auf die Reporterhautmodelle appliziert werden
Dadurch kann zusätzlich zum Hautstresspotenzial und zur Zytotoxizität auch die Hautpenetration einer Substanz untersucht werden

Einsatzgebiete

Momentan stehen verschiedene Reporterhautmodelle für die Testung von Hautstress zur Verfügung, die Parameter wie z. B. Entzündungsreaktionen in der Haut erfassen. So können mit dem Reporterhautmodell-Set potenziell inflammatorische Allergie- und ER-Stress auslösende Faktoren untersucht werden.

Etablierung der In-vitro-Reporterhautmodelle

Die organtypischen Reporterhautmodelle basieren auf primären, immortalisierten Keratinozyten, deren Einsatz eine hohe spenderunabhängige Reproduzierbarkeit garantiert. Die Aktivierung eines spezifischen zellulären Stresssignalwegs in diesen primären immortalisierten Kerationzyten kann über ein Reporterprotein, das stabil über ein Reporterkonstrukt in das Genom integriert wurde, schnell und einfach ausgelesen werden. Diese Reporter-Keratinozyten bilden in vitro eine mehrschichtige Epidermis aus. Die Analyse der Epidermis demonstrierte eine vollwertige physiologische Hautbarriere-Funktion sowie eine einzigartige Übereinstimmung charakteristischer Differenzierungsmarker der Modelle mit nativer humaner Haut.

Kundenspezifische Anpassung

Mit unseren patentierten Reporterhautmodellen (Burger-Kentischer et al., in-vitro 3D reporter skin model, EP 2 041 172) bieten wir eine moderne Perspektive, um Inhaltsstoffe von Präparaten, die potenziell mit der Haut in Kontakt kommen, spezifisch und in-vivo-nah auf ihr Hautstresspotenzial zu testen.

Auf Kundenwunsch kann das Reporter-Testsystem auf weitere zelluläre Signalwege ergänzt und darüber hinaus auch auf andere Organe übertragen werden.

Reportersysteme zur Identifizierung immunmodulatorischer Substanzen gegen Infektionen und immunologische Erkrankungen

Ebenso haben wir Reportersysteme für die Aktivierung von Rezeptoren des angeborenen Immunsystems (PRRs) in verschiedene Zelltypen eines 3D-Hautmodells eingebracht, um immunmodulatorische Substanzen zur Bekämpfung von Infektionen und immunologischen Erkrankungen zu identifizieren und zu validieren.