Diabetes ist durch eine Dysfunktion oder autoimmune Zerstörung der insulinproduzierenden Betazellen innerhalb der Langerhans-Inseln charakterisiert. Der Verlust der Betazellen, beim Typ-1-Diabetes, kann durch eine Betazellersatztherapie kompensiert werden. Zelltherapien erfordern eine in-vitro-Herstellung von Betazellen mit einer hohen Expansionsfähigkeit und Funktionalität. Da die Transplantation von Langerhans-Inseln aufgrund der geringen Anzahl von Spendern nur begrenzt möglich ist, konzentriert sich diese Forschungsarbeit auf Betazelllinien. Aufgrund der nativen 3D Struktur der Langerhans-Inseln, führt eine Rekonstitution einer 3D Mikroumgebung in Form von Sphäroiden zur Verbesserung der Betazellfunktionalität. Zusätzlich zeigt eine Kokultivierung mit mesenchymalen Stammzellen (MSCs) eine erhöhte Lebensfähigkeit und Funktionalität der Betazellen. Mit verschiedenen Betazelllinien (INS-1, MIN6 & 1.1B4) wurden im Wellformat Betazell- und hybride Betazell-MSC-Sphäroide mit unterschiedlichen Zellverhältnissen hergestellt. Solche statischen Systeme sind durch Stofftransportlimitierungen beeinträchtigt und können nicht die notwendigen Mengen an Betazellsphäroiden gewährleisten. Schüttelkolben ermöglichten eine dynamische Sphäroidbildung unter turbulenter Fluiddynamik mit verbessertem Stofftransport und einer gesteigerten Sphäroidvitalität (~ 100 %). Schließlich wurde die Sphäroidproduktion in einem Rührkesselreaktor (1 L) mit Prozessüberwachung/-kontrolle und drei verschiedenen Rührertypen durchgeführt. Dieser Prozess lieferte vitale und funktionale Betazellsphäroide in relevanten Mengen für die Zellersatztherapie. Des Weiteren konnte der Proof-of-Concept zur Scherstress-gerichteten Produktion von Sphäroiden mit definierter Größe bestätigt werden.
Aktualisiert: 2023-04-20
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Trotz vielerlei Fortschritte in der medizinischen Forschung und der Fülle an neu entwickelten Substanzen als potentielle Wirkstoffe, gibt es noch immer Erkrankungen, die nicht ausreichend effizient behandelt werden können. Eine der größten Herausforderungen besteht hierbei in der Untersuchung und Evaluierung der Wirkstoffkandidaten, was ein sehr zeit- und kostenintensiver Prozess ist. Gleichzeitig ergibt sich auch noch in späten Phasen der Medikamentenentwicklung eine hohe Misserfolgsquote der Testsubstanzen, da die Ergebnisse der verschiedenen Testmodelle oft nur schwer aufeinander zu übertragen sind. Auf Hochdurchsatz-Selektionen in in vitro-Systemen mit einfachen Zellkulturen folgen in vivo-Versuche in verschiedenen Tiermodellen, bevor schließlich erste Studien an einer kleinen humanen Probandengruppe durchgeführt werden. Dabei ist allerdings weder die Übertragbarkeit von Erkenntnissen aus der Zellkultur auf den tierischen Organismus, noch die Relevanz eben dieser Tiermodelle für die humane Physiologie gewährleistet. Im Rahmen dieses Projekts sollten daher verschiedene in vitro-Modelle für die Testung von Wirkstoffen und -transportern untersucht, angepasst und evaluiert werden. Im Fokus standen dabei einerseits zwei therapeutisch einsetzbare Nanopartikel, die es zu charakterisieren galt, sowie andererseits fortschrittliche in vitro-Systeme mit dreidimensionalen Zellkulturen und in mikrofluidischen Organ-on-a-Chip-Modellen.
Aktualisiert: 2021-04-20
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