Mikrogewebemodell als Grundlage für eine Vorhersage der therapeutischen Ergebnisse von Knorpelreparaturen auf der Basis autologer Zellen
Eine autologe Transplantation hat die geringsten Nebenwirkungen, aber dieser Ansatz resultiert nicht immer in der Regeneration von funktionsfähigem Knorpel. Eine Herausforderung bei zellbasierten Knorpelregenerationstherapien ist die Identifizierung eines personalisierten Diagnosetools zur Vorhersage der chondrogenen Potenz von Zellen von Patienten, die mit autologen Zellen behandelt werden sollen. Mit Hilfe unserer dreidimensionalen (3D) Zellkulturtechnik konnten wir deutliche Unterschiede im chondrogenen Potential zwischen den einzelnen Spendern aufzeigen, während Zellen in 2D-Kultur ein identisches Chondrozytenprofil aufwiesen. Deshalb könnte unser Mikrogewebemodell die Grundlage für eine In-vitro-Plattform zur Vorhersage des therapeutischen Ergebnisses einer autologen zellbasierten Knorpelreparatur und/oder ein geeignetes Werkzeug zur Identifizierung früher Biomarker zur Klassifizierung der Patienten sein (Martin et al., 2017, Experimental Biology and Medicine, Featured Article in December 2017).
In vitro Gewebemodell für die Experimentelle Pharmakologie
Zur Testung der Wirkung von Medikamenten auf Gelenkknorpel wird derzeit an der Entwicklung eines in vitro Gewebemodells gearbeitet, da die knorpeltypische Physiologie in erster Linie aus dem Gewebeverband mit seiner typischen extrazellulären Matrix resultiert. Besondere Herausforderung in diesem Projekt ist die Bereitstellung von Knorpelzelllinien, die über einen längeren Zeitraum mit gleichbleibender Qualität kultiviert und vermehrt werden können. Hierzu werden Verfahren zur Verlängerung der Lebensspanne und Zellteilung sowie die Generierung von induzierten pluripotenten Stammzellen (iPS) angewendet, um Knorpelzelllinien zu entwickeln. Diese stehen dann bei Bedarf jederzeit zum Engineering der Mikrogewebe zur Verfügung.
Erforschung und Diagnostik osteoklastenspezifischer Erkrankungen
Bessere Kenntnisse der Skelettzellbiologie sind die Grundlage für das Verständnis knochenspezifischer Erkrankungen wie Osteoporose, Arthritis und genetischer Voraussetzungen, die das Knochenwachstum und die Knochenalterung beeinflussen. Dr. Lutter untersucht, wie die Skelettzellen funktionieren, wie sie miteinander kommunizieren und sich gegenseitig regulieren, mit Schwerpunkt auf den knochenresorbierenden Osteoklasten. Osteoklasten sind große, bewegliche Zellen, die ihr Leben als mononukleäre hämatopoetische Zellen beginnen. Unter dem Einfluss spezifischer Wachstumsfaktoren (MCSF und RANKL) können die Vorläufer an den Ort der Knochenresorption wandern, sich fest am Knochen anlagern und knochenauflösende Faktoren absondern. Um zu untersuchen, wie sich Osteoklasten im natürlichen Lebensraum verhalten, haben wir einen Ansatz entwickelt, eine knochenähnliche extrazelluläre Matrix aus humanen Osteoblasten (ODEM, Lutter et al., 2010 Journal of Cellular Biochemistry) aufzubauen. Diese spezielle Versuchsanordnung ermöglicht es unserer Gruppe, die Knochen- und Knorpelforschung auf neue Art und Weise zu verbinden.
Zellbasierte Testsysteme zur Diagnostik von Autoimmunerkrankungen
Autoimmunerkrankungen sind Krankheiten, bei denen durch eine Fehlsteuerung des Immun-systems die Abwehrstoffe (Antikörper) gegen körpereigene Strukturen gerichtet sind. Hierzu gehören z. B. Diabetes Typ 1 und Multiple Sklerose. Ein Charakteristikum autoimmuner Erkrankungen ist die Bildung erkrankungstypischer Autoantikörper (AAK), die als Diagnosemarker genutzt werden. Der Nachweis dieser Autoantikörper erfolgt z. B. durch fluoreszenzbasierte Markierung der von ihnen erkannten Antigenstrukturen in Zellen. Besondere Herausforderungen in diesem Prozess sind geeignete, gut charakterisierte Zelllinien bzw. frisch isolierte Zellen, eine Präparationstechnik der Zellen, die eine möglichst umfassende Detektion der möglichen Zielstrukturen der AAKs gewährleistet, sowie eine möglichst automatisierte Auswertung des Testsystems. Diese Projekte werden in enger Zusammenarbeit mit der Generic Assays GmbH in Dahlewitz durchgeführt.
Entwicklung eines Testsystems für die Autoimmundiagnostik von Erkrankungen des Nervensystems
Das Projekt »Entwicklung eines neuartigen Testsystems für die Autoimmundiagnostik von Erkrankungen des Nervensystems« resultierte in einem direkten Wissens- und Technologietransfer von der Hochschule an den Diagnostikmarkt.
Hierbei arbeiteten die Partner von der Universität (Prof. Ursula Anderer) und kooperierende Firmen - Generic Assays GmbH (Prof. Dirk Roggenbuck) und die Attomol GmbH (Dr. Werner Lehmann) - gemeinsam an einem anwendungsorientierten Forschungsprojekt. Es konnte ein Testprototyp für die Bestimmung vonAutoantikörpern gegen Gangliosid-Antigene erstellt werden. Im Anschluss an den Projektzeitraum wurde die klinische Evaluierung zur Ermittlung der allgemeinen Qualitätsparameter durchgeführt.
In diesem Projekt waren 4 Biotechnologiestudenten im Rahmen ihrer Projektarbeiten im sechsten Semester und ein Student mit seiner Bachelorarbeit aktiv beteiligt. Nach Abschluss seiner Bachelorarbeit wurde Herr Milius von der Attomol GmbH als Mitarbeiter eingestellt und arbeitet bis heute dort.
Das entwickelte Testsystem wird heute von der Attomol GmbH hergestellt, die dafür die produktionstechnischen und technologischen Voraussetzungen geschaffen hat. Die Generic Assays GmbH vertreibt das Produkt erfolgreich am Diagnostikmarkt. Die kooperativen Entwicklungs- und Transferarbeiten für das Testsystem wurden mit dem Technologietransfer-Preis 2005 der Technologie Stiftung Brandenburg ausgezeichnet.