Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGBWir etablieren Organoide aus Stammzellen und Sphäroide aus (Tumor-)Zelllinien als multizelluläre 3D-In-vitro-Mikrogewebe. Diese ahmen die Mikroumgebung von Zellen einschließlich der spezifischen morphologischen und physiologischen Eigenschaften von komplexen Geweben und Organen nach.
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Dreidimensionale (3D) Mikrogewebe: Organoide und Sphäroide
Mikroskopische Aufnahme eines Darm-Organoids
Organoide
Ein Organoid ist ein selbstorganisiertes 3D-Gewebe, das in der Regel aus (pluripotenten, fetalen oder adulten) Stammzellen gewonnen wird und die wesentliche funktionelle, strukturelle und biologische Komplexität eines Organs nachahmt. Diese Selbstorganisation wird durch Signalmoleküle, Wachstumsfaktoren und biologischen Reize gezielt gesteuert. Im Vergleich zu konventionellen 2D-Kulturen und Tiermodellen ermöglichen organoide Kulturen eine Patientenspezifität im Modell und rekapitulieren gleichzeitig in-vivo-gewebeähnliche Strukturen und Funktionen in vitro.
Mikroskopische Aufnahme eines Fibroblasten-Sphäroids
Sphäroide
entstehen als einfache, kugelförmige 3D-Zellaggregate aus nur einem Zelltyp oder einer multizellulären Zellmischung durch definierte Kultivierungsmethoden. Basierend auf Krebszelllinien können auch sogenannte Tumoroide gebildet werden, die soliden Tumoren ähneln.
Testsysteme der nächsten Generation für Forschung, Medikamentenentwicklung und Medizin
Seit Jahrzehnten werden mammalische 2D-Zellkulturen als einfache In-vitro-Testsysteme für Substanztestungen und Screenings nach neuen Compounds für die Arzneimittelentwicklung eingesetzt. Organoide jedoch sind die »nächste Generation« biologischer Tools für Forschung, Medikamentenentwicklung und Medizin. Sie bilden durch ihre komplexen gewebe- und organähnlichen Eigenschaften die In-vivo Situation ab und eignen sich insbesondere für einen Einsatz in der translationalen Forschung.
Unsere Entwicklung: Organoide und Sphäroide in unterschiedlicher Komplexität
Mit unserer jahrzehntelagen Expertise in der Zellkulturtechnik und dem Umgang mit (pathogenen) Mikroorganismen sowie dem Arbeiten nach höchsten Qualitätsstandards entwickeln wir Organoide und Sphäroide in verschiedener Komplexität. Die 3D-Mikrogewebe können – je nach Anwendung – auch Immunzellen, Mikroorganismen und Reportersysteme für den Nachweis einer Aktivierung zellulärer Signalwege beinhalten.
Organoidmodelle (erstellt mit BioRender.com).
Unser Portfolio an Organoiden und Sphäroiden
Wir stellen spezifisch geeignete 3D-Mikrogewebe für unterschiedliche Fragestellungen und Anwendungen bereit:
- Humane und tierische 3D-Mikrogewebe
- Reporter-Sphäroide zum nicht-invasiven Echtzeitnachweis der Aktivierung von zellulären Signalwegen
- Immunkompetente Organoide
- Organoide zur Untersuchung von Mikrobiomen und Infektionen mit Bakterien, Pilzen und Viren
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Anwendungen und Einsatzgebiete
Anwendungen und Einsatzgebiete
3D-Mikrogewebe aus menschlichen (Stamm-)Zellen haben wichtige Anwendungen in der biomedizinischen Forschung, da sie Tierversuchen in Bezug auf ihre Aussagekraft weit überlegen sind. Der Einsatz von 3D Mikrogewebe als humane In-vitro-Testsysteme ermöglicht
- einen höheren Durchsatz (durch spezielle Mikrotiterplatten zur Kultivierung von Sphäroiden und mithilfe eines einzigartigen 3D-Inkubators und Reaktors zur Kultivierung von Organoiden),
- ein tieferes Verständnis von Wirkmechanismen durch Untersuchungen spezifischer heterogener Zellpopulationen, intrinsischer histologischer Strukturen und der Kommunikation zwischen Zellen und der sie umgebenden Extrazellulären Matrix,
- genomische, epigenomische, pharmakologische und biochemische Studien und
- ein tieferes Verständnis der Entwicklung von Organen, Krankheiten und der Krebsentstehung,
- die Risikobewertung von Substanzen nach dem Konzept des Adverse Outcome Pathways (AOP).
Wir haben ein breites Portfolio an 3D-Mikrogeweben als In-vitro-Testsysteme für unterschiedliche Anwendungen zur Beurteilung der Wirksamkeit und Sicherheit von Arzneimitteln und Chemikalien, zur
- Bestimmung von Toxizität,
- Analyse von Transportprozessen und Absorption einer Substanz,
- Entwicklung und vorklinischen Testung von Wirkstoffen und
- Untersuchung der Aktivierung von zellulären Signalwegen (Sensibilisierung, Inflammation, ER-Stress)
Leistungsangebot
Unsere Leistungen
Wir bieten folgende Dienstleistungen rund um unsere 3D-Mikrogewebe an, die wir in hochmodernen Laboren im Auftrag von und in Zusammenarbeit mit Kunden durchführen:
- Durchführung von Studien und Substanzscreenings
- Entwicklung innovativer (Reporter-)Sphäroide
- Entwicklung komplexer Organoide
Analysemethoden
Analysemethoden
In unseren 3D-Mikrogeweben können Auswirkungen von Chemikalien, Wirkstoffen und Produkten auf die Architektur des Gewebes und physiologische Eigenschaften untersucht werden. Wir bieten folgende Analysemethoden an:
- Vitalitätsmessungen beispielsweise mittels MTT Test (kolorimetrischer Test), alamarBlueTM ...
- Multiplex-Analyse zur Detektion und Quantifizierung sekretierter Proteine wie z. B. Zytokine, Chemokine, Wachstumsfaktoren und antimikrobielle Peptide
- Histologische und immunohistochemische Färbungen an Gewebedünnschnitten
- Proteinanalysen mittels Western Blot
- Analyse spezifischer Signalwegaktivierung über Reporter-Proteine
- RNA- und DNA-Analysen mittels PCR bzw. qPCR und Sequenzierung