BRAIN AG und Hochschule Mannheim entwickeln gemeinsam 3D-Hautmodelle

In der For­schungs­zu­sam­men­ar­beit im Pro­jekt M²Aind für neue hoch­auf­lö­sen­de Echt­zeit-Scree­ning­tech­no­lo­gi­en für 3D-Haut-Sphä­ro­ide baut die Hoch­schu­le Mann­heim auf Exper­ti­sen in den Berei­chen 3D-Zell­kul­tur und moderns­ter Lebend­zell­bild­ge­bung, wäh­rend BRAIN ein­zig­ar­ti­ge Haut­re­por­ter­zel­len Sub­stanz­test­bi­blio­the­ken sowie Markt­kennt­nis­se bei­trägt.

Das For­schungs­pro­jekt M²Aind (Mul­ti­moda­le Ana­ly­tik und Intel­li­gen­te Sen­so­rik für die Gesund­heits­in­dus­trie) ist ein öffent­lich-pri­va­tes Part­ner­schafts­pro­jekt unter der Füh­rung der Hoch­schu­le Mann­heim, das vom Bun­des­mi­nis­te­ri­um für Bil­dung und For­schung (BMBF) geför­dert wird und des­sen Start­schuss im Janu­ar 2017 fiel. Von Beginn an war BRAIN ein akti­ver Part­ner im M²Aind-Ver­bund. Gemein­sa­me Pro­jek­te der BRAIN und der Hoch­schu­le Mann­heim umfas­sen die Ent­wick­lung eines Haut­mo­dells in 3D zum bes­se­ren Ver­ständ­nis der Phy­sio­lo­gie der Haut mit dem Ziel der Erschlie­ßung neu­er Ein­satz­mög­lich­kei­ten in der Gesund­heits- und Kos­me­tik­bran­che.

Ver­bes­ser­tes 3D-Sphä­ro­id-Scree­ning

Neu­ent­wick­lun­gen für drei­di­men­sio­na­le Model­le der Haut wer­den in zahl­rei­chen Markt­seg­men­ten als poten­zi­ell bahn­bre­chend erach­tet. Der heu­ti­ge Stand der For­schung und Ent­wick­lung für neue Anwen­dun­gen in der Haut­for­schung basiert teil­wei­se noch immer auf 2D-Zell­kul­tu­ren. Bei die­ser Metho­de wer­den die Haut­zel­len in der Petri­scha­le in einer ein­zel­nen Schicht kul­ti­viert, bevor sie mit aus­ge­wähl­ten, für die poten­zi­el­le Anwen­dung in der Haut­pfle­ge zu tes­ten­den Sub­stan­zen in Kon­takt gebracht wer­den. Die Natur und die mensch­li­che Haut hin­ge­gen sind drei­di­men­sio­nal ange­legt, wes­halb die Qua­li­tät von 2D-Metho­den ein­ge­schränkt ist. So wur­den bereits in den 1950er Jah­ren Tech­no­lo­gi­en zur drei­di­men­sio­na­len Zell­kul­tur ent­wi­ckelt, die heu­te erfolg­reich in Labo­ren in aller Welt zum Ein­satz kom­men. Der mul­ti­zel­lu­la­re Auf­bau der 3D-Model­le erleich­tert die Inter­ak­ti­on der Zel­len sowohl mit­ein­an­der, als auch mit der extra­zel­lu­lä­ren Matrix. Daher stel­len sie die In-vivo-Umge­bung der mensch­li­chen Haut viel genau­er dar. Mit den neu­es­ten Tech­no­lo­gi­en wer­den die Zel­len in kugel­för­mi­gen Gefü­gen von Mikro­ge­we­be ange­ord­net, was einen höhe­ren Stan­dar­di­sie­rungs­grad und ver­bes­ser­te Auto­ma­ti­sie­rungs­mög­lich­kei­ten für indus­tri­el­le Anwen­dungs­ge­bie­te bedeu­tet.

Der­zeit besteht die größ­te Her­aus­for­de­rung für eine umfas­sen­de­re indus­tri­el­le Nut­zung von 3D-Sphä­ro­iden dar­in, dass die Metho­den zur Ana­ly­se der schnell ablau­fen­den bio­lo­gi­schen Pro­zes­se in der Zel­le beschränkt sind. Mit dem Pro­jekt M²Aind beab­sich­ti­gen die Hoch­schu­le Mann­heim und BRAIN die Über­win­dung die­ser Beschrän­kun­gen durch die Ent­wick­lung neu­er Tech­no­lo­gi­en. Mit ihrer Hil­fe sol­len die in unter­schied­li­chen Haut­schich­ten der 3D-Sphä­ro­ide statt­fin­den­den mole­ku­la­ren Pro­zes­se in Echt­zeit und hoher Auf­lö­sung visua­li­siert wer­den.

Ers­ter Über­sichts­ar­ti­kel

Als ers­ten Mei­len­stein des Pro­jekts haben die For­schungs­part­ner Hoch­schu­le Mann­heim und BRAIN im Jour­nal of Cel­lu­lar Bio­tech­no­lo­gy einen Über­sichts­ar­ti­kel mit dem Titel „In Vitro Skin Three-Dimen­sio­nal Models and Their App­li­ca­ti­ons“ ver­öf­fent­licht. Der Arti­kel beschreibt die Zusam­men­set­zung und die grund­le­gen­den Merk­ma­le und Funk­tio­nen der mensch­li­chen Haut. Es wer­den der Auf­bau und Vor­aus­set­zun­gen sowie die Vor- und Nach­tei­le der der­zei­ti­gen In-vitro-3D-Haut­mo­del­le bespro­chen und in einer umfas­sen­den Über­sichts­ta­bel­le mit­ein­an­der ver­gli­chen. Die Haupt­vor­tei­le des neu­en, im Pro­jekt M²Aind ver­folg­ten Ansat­zes sind ein rea­lis­ti­sche­res Ver­ständ­nis des phy­sio­lo­gi­schen Ver­hal­tens der Haut­zel­len sowie die Ent­de­ckung Erfolg ver­spre­chen­der Wirk­stof­fe.

Anwen­dungs­mög­lich­kei­ten der Zukunft

Inner­halb des Pro­jekts M²Aind set­zen For­scher der Hoch­schu­le Mann­heim auf ihre Fach­kennt­nis und die ver­füg­ba­re Infra­struk­tur für 3D-Zell­kul­tur und Ana­ly­tik. Dr. Rüdi­ger Rudolf, Pro­fes­sor für Bio­sen­so­rik an der Hoch­schu­le Mann­heim und Koor­di­na­tor des inner­halb von M²Aind ange­sie­del­ten Impuls­pro­jek­tes M²OGA, führt aus: „Der Über­sichts­ar­ti­kel umfasst auch einen Aus­blick auf mög­li­che zukünf­ti­ge Ent­wick­lun­gen, so zum Bei­spiel neu­ar­ti­ge Tech­no­lo­gi­en zur Ver­wen­dung und Nut­zung mensch­li­cher Stamm­zel­len in der per­so­na­li­sier­ten Dia­gnos­tik, zur Ent­wick­lung von The­ra­pi­en sowie für die rege­ne­ra­ti­ve Medi­zin. Der Arti­kel dient als Richt­li­nie bei der Aus­wahl pas­sen­der Zell­mo­del­le in der phar­ma­zeu­ti­schen und kos­me­ti­schen Haut­for­schung und hat den Koope­ra­ti­ons­part­nern BRAIN und der Hoch­schu­le Mann­heim bei der wei­te­ren Aus­ge­stal­tung gemein­sa­mer Zie­le gute Diens­te geleis­tet.“

BRAIN ver­fügt über beson­de­re Fach­kennt­nis bei der Ent­wick­lung von Repor­ter­zel­len der mensch­li­chen Haut für indus­tri­el­le Anwen­dun­gen. Die­se Kom­pe­ten­zen kom­men eben­so wie das Wis­sen um markt­re­le­van­te Anwen­dungs­ge­bie­te dem M²Aind-Pro­jekt zugu­te. Dr. Tors­ten Erton­gur-Fauth, Rese­arch Sci­en­tist & Pro­ject Mana­ger bei BRAIN, sagt: „3D-Sphä­ro­id­mo­del­le der Haut sind aus­ge­zeich­net dazu geeig­net zu ver­ste­hen, wie Haut­zel­len mit schäd­li­chen Umwelt­ein­flüs­sen wie mecha­ni­scher Bean­spru­chung, UV-Strah­lung oder Krank­heits­er­re­gern umge­hen. Trotz­dem ist es noch immer eine Her­aus­for­de­rung, die mole­ku­la­ren Pro­zes­se, die sich in den unter­schied­li­chen Kera­ti­no­zytschich­ten abspie­len, in Echt­zeit und hoch­auf­lö­send dar­zu­stel­len. Daher freu­en wir uns sehr auf die Unter­stüt­zung der Hoch­schu­le Mann­heim. Gemein­sam mit unse­rem Part­ner möch­ten wir unse­re ein­zig­ar­ti­gen Haut­re­por­ter­zel­len in moderns­ten 3D-Model­len wei­ter­ent­wi­ckeln, um indus­tri­el­le Sub­stanz­tes­tun­gen für neu­ar­ti­ge Wirk­stof­fe zu ermög­li­chen.“

Der für M²Aind geplan­te Zeit­rah­men umfasst vier Jah­re mit der Opti­on auf vier wei­te­re Jah­re bei posi­ti­ver Zwi­schen­bi­lanz. Der­zeit sind 37 Part­ner aus Indus­trie und For­schung an dem Pro­jekt betei­ligt. Eine För­de­rung durch das BMBF in Höhe von EUR 6 Mio. für die ers­ten vier Jah­re ist geneh­migt wor­den.

Quelle
Hochschule Mannheim - University of Applied Sciences
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