3D-Zellmodell zur Behandlungen von Lippenverletzungen entwickelt

Forschende haben erfolgreich Lippenzellen unsterblich gemacht, sodass neue Behandlungen für Verletzungen und Infektionen an einem klinisch relevanten Labormodell erprobt werden können.

In einer neuen Studie berichten Forschende über die erfolgreiche Immortalisierung von gespendeten Lippenzellen, die die Entwicklung klinisch relevanter Lippenmodelle im Labor ermöglicht.

„Die Lippe ist ein sehr markantes Merkmal unseres Gesichts“, sagt Dr. Martin Degen von der Universität Bern. „Jeder Defekt in diesem Gewebe kann sehr entstellend sein. Bisher fehlten jedoch menschliche Lippenzellmodelle für die Entwicklung von Behandlungen. Dank unserer engen Zusammenarbeit mit der Universitätsklinik für Kinderchirurgie des Universitätsspitals Bern konnten wir dies ändern und Lippengewebe verwenden, das sonst weggeworfen worden wäre.“

Lippenzellen aus dem Labor

Primäre Zellen, die direkt von einer Person gespendet werden, sind ideal für diese Art von Forschung, da man davon ausgeht, dass sie ähnliche Eigenschaften wie das ursprüngliche Gewebe aufweisen. Diese Zellen können jedoch nicht unbegrenzt reproduziert werden und sind oft schwierig und teuer zu beschaffen. 

„Menschliches Lippengewebe ist nicht regelmäßig erhältlich“, erklärt Degen. Ohne diese Zellen sei es unmöglich, die Eigenschaften der Lippen in vitro zu imitieren. Die zweitbeste Option wären immortalisierte Lippenzellen, die im Labor gezüchtet werden können. Dazu verändern die Forschenden die Expression bestimmter Gene, sodass sich die Zellen auch dann noch fortpflanzen können, wenn sie normalerweise das Ende ihres Lebenszyklus erreichen und aufhören würden.

Neue Zelllinie mit retroviralem Vektor erzeugt

Die Forschenden wählten Hautzellen aus Gewebe aus, das von zwei Patienten gespendet worden war: Einem Patienten, der wegen einer Lippenverletzung behandelt wurde, und einem, der wegen einer Lippenspalte behandelt wurde. Die Forschenden verwendeten einen retroviralen Vektor, um ein Gen zu deaktivieren, das den Lebenszyklus einer Zelle stoppt, und um die Länge der Telomere an den Enden der einzelnen Chromosomen zu verändern, was die Langlebigkeit der Zellen verbessert. 

Keine krebsähnlichen Eigenschaften

Diese neuen Zelllinien wurden dann getestet, um sicherzustellen, dass der genetische Code der Zelllinien bei der Replikation stabil bleibt und die gleichen Eigenschaften wie die Primärzellen beibehält. Um sicherzustellen, dass die unsterblich gemachten Zellen keine krebsähnlichen Eigenschaften entwickelt hatten, suchten die Forschenden nach Chromosomenanomalien und versuchten, sowohl die neuen Linien als auch eine Linie von Krebszellen auf weichem Agar wachsen zu lassen – nur Krebszellen sollten auf diesem Medium wachsen können. Die Zelllinien wiesen keine chromosomalen Anomalien auf und konnten auf dem Agar nicht wachsen. Die Forschenden bestätigten auch, dass sich die Zelllinien wie ihre unveränderten primären Gegenstücke verhielten, indem sie ihre Protein- und mRNA-Produktion testeten. 

Modell für Wundheilung

Schließlich führten die Forschenden Tests durch, um herauszufinden, wie sich die Zellen als künftige Versuchsmodelle für die Heilung von Lippen oder Infektionen eignen würden. Um herauszufinden, ob die Zellen als Ersatz für die Wundheilung dienen können, ritzten sie zunächst Proben der Zellen ein. Unbehandelte Zellen schlossen die Wunde nach acht Stunden, während mit Wachstumsfaktoren behandelte Zellen die Wunde schneller schlossen; diese Ergebnisse entsprachen denen, die bei Hautzellen aus anderen Körperteilen beobachtet wurden. 

Als Nächstes entwickelten die Wissenschaftler 3D-Modelle mit den Zellen und infizierten sie mit Candida albicans, einem Hefepilz, der bei Menschen mit schwachem Immunsystem oder Lippenspalte schwere Infektionen verursachen kann. Die Zellen verhielten sich wie erwartet. Der Erreger drang schnell in das Modell ein, so wie er auch echtes Lippengewebe infizieren würde. 

„Unser Labor konzentriert sich darauf, die genetischen und zellulären Wege, die bei Lippen-Kiefer-Gaumenspalten eine Rolle spielen, besser zu verstehen“, so Degen. „Wir sind jedoch davon überzeugt, dass 3D-Modelle, die aus gesunden, unsterblichen Lippenzellen hergestellt werden, das Potenzial haben, in vielen anderen Bereichen der Medizin sehr nützlich zu sein.“ 

„Eine Herausforderung besteht darin, dass Lippenkeratinozyten von der Lippenhaut, den Schleimhäuten oder gemischt sein können“, fügte er hinzu. „Je nach Forschungsfrage kann eine bestimmte Zellidentität erforderlich sein. Aber wir haben die Werkzeuge, um diese individuellen Populationen in vitro zu charakterisieren oder zu reinigen.“