Upcycling von Schlachtabfällen: Luftröhre von Schweinen verbessert die Testung von Atemwegswirkstoffen

Forschende der Hochschule Biberach (HBC) haben ein neues Testmodell entwickelt, um die Verträglichkeit komplexer Medikamente wie inhalativer Antikörper zu testen. Dafür nutzen sie Zellen aus der Luftröhre von Schweinen.

Diese Methode könnte zukünftig die Entwicklung weiterer Biomoleküle für die Inhalation verbessern. Die Ergebnisse seiner Forschung hat das Team um Prof. Katharina Schindowski Zimmermann vom Institut für Angewandte Biotechnologie der HBC jüngst in der Fachzeitschrift „In Vitro Models“ veröffentlicht.

„Bisher werden komplexe Biomoleküle überwiegend als Infusion oder Spritze verabreicht, doch das ist gerade im Umbruch“, berichtet Zimmermann. „Der Ansatz, Proteine über die Atemwege zu verabreichen, erfuhr in der Corona-Zeit einen neuen Aufschwung.“ Immer mehr Forschungsgruppen und Pharmafirmen testen daher die Inhalation dieser Wirkstoffe, um sie näher an mögliche Einsatzgebiete in den Atemwegen zu bringen. Damit spare man sich den „Umweg“ über das Blut, wo viel Wirkstoff keinen Nutzen hat. Die Herausforderung daran jedoch ist: Proteine sind sehr große Moleküle, teuer in der Herstellung und viel empfindlicher als klassisch chemisch-synthetisierte Wirkstoffe. „In unserem Modell können wir überprüfen, ob das Biomolekül noch die nötige Qualität hat,“ erklärt Zimmermann. Außerdem werde überprüft, wie Zellen der Atemwegsschleimhaut auf die Wirkstoffe reagieren und diese aufnehmen.

„Da unsere Atemwege eine wichtige Barriere zur Außenwelt darstellen, sind viele Immunzellen in Schleimhäuten enthalten, die direkt mit dem verabreichten Wirkstoff reagieren und das Immunsystem aktivieren könnten“, erläutert Rebecca Rittersberger. Solche Aspekte gelte es zu berücksichtigen, wenn man die Wirkung optimieren und Nebenwirkungen reduzieren möchte, so die Doktorandin, die gemeinsam mit ihrem Kollegen Janik Martin die Erstautorschaft für die Veröffentlichung innehat. Um möglichst nah an die Wirklichkeit heranzukommen, seien daher gute Modelle notwendig.

Als Goldstandard in dem Forschungsfeld gelten bislang Zelllinien. „Aber das sind Krebszellen. Sie haben viele Funktionen der normalen Schleimhaut verloren“, erklären die Forschenden. Darum habe man Zellen aus einem gesunden Organismus isoliert. Und weshalb gerade aus dem Schwein? „Die Dimensionen sind ähnlich, auch immunologisch gesehen sei das Schwein recht nah am Menschen dran“, erläutert Rittersberger. Die Schweine-Luftröhren gewinnen die Wissenschaftler aus Schlachtabfällen: „Abfall, der für uns äußerst wertvoll ist“, erklärt Martin.

Über Monate hinweg optimierte das Team, wie man die Schweine-Zellen am besten kultivieren kann. Mithilfe verschiedener Methoden schaute sich die Wissenschaftler außerdem genau an, wie das Modell aufgebaut ist und wie stark es der echten Schleimhaut ähnelt. Gibt es Zellen, die Schleim produzieren? Und wie steht es mit den Zilien, die diesen aus den Atemwegen hinausbefördern? „Wenn man so ein Modell betrachtet, merkt man erst, wie kompliziert das ganze System ist“, bemerkt Martin. Viele der natürlichen Zelltypen und Strukturen habe man schon beobachtet, beispielsweise Rezeptoren, die besonders wichtig für den Transport von Antikörpern sind. „Anfangs hatten wir in diesem Modell noch nicht so viele Zilien“, ergänzt Rittersberger, „aber auch das haben wir mittlerweile verbessert“. Ebenso ist ein weiteres Modell – mit aktiven Immunzellen – bereits in Arbeit. „Die Ideen, was wir noch alles verbessern können, gehen uns nicht aus“, resümiert Prof. Katharina Zimmermann.