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In-vitro-Tests

In-vitro-Testplattform zur Unterstützung der Wirkstoffentwicklung

25.08.2010 | Redakteur: Marc Platthaus

Planarchipeinheit zur Charakterisierung von Wirkstoffen auf die Schrankenfunktion und das Adhäsionsverahalten von Endothelzellen mithilfe der elektrischen Impedanzspektroskopie.
Planarchipeinheit zur Charakterisierung von Wirkstoffen auf die Schrankenfunktion und das Adhäsionsverahalten von Endothelzellen mithilfe der elektrischen Impedanzspektroskopie.

Aus ökonomischen, wissenschaftlichen, gesellschaftlichen und regulativen Gründen besteht eine immer stärkere Notwendigkeit und der Wunsch zellbasierte In-vitro-Testverfahren als Alternative zu Tierversuchen einzusetzen. Am Fraunhofer Institut für Biomedizinische Technik (IBMT) werden zu diesem Zweck entsprechende Systeme entwickelt.

St. Ingbert – Bei In-vitro-Verfahren werden die biologischen Tests in kontrollierter Umgebung außerhalb lebender Organismen durchgeführt. Ein biohybrides System ist ein miniaturisiertes System, das biologische Zellen mit technischen Mikrosystemen kombiniert. Das Fraunhofer-Instituts für Biomedizinische Technik (IBMT) schafft in seiner Abteilung Biohybride Systeme durch diese Kombination den Zugang zu neuen Assay-Technologien. Diese ermöglichen zellbasierte Tests mit einer höheren Empfindlichkeit und Reproduzierbarkeit, Tests auf Einzelzellebene sowie Langzeituntersuchungen des Zellverhaltens bei praxisrelevanten Wirkstoffkonzentrationen. Mithilfe der verbesserten In-vitro-Technologien lässt sich nicht nur feststellen, ob ein Effekt auf Zellen vorhanden ist, sondern es lassen sich auch Informationen gewinnen, die zu klären helfen, warum ein Zellverband in einer bestimmten Weise reagiert. Das ist wichtig, wenn Produkte gezielt hinsichtlich einer biologischen Wirkung optimiert werden sollen.

Selektion pharmakologisch aktiver Wirkstoffe für Herzerkrankungen

Kardiovaskuläre Erkrankungen stellen eine der Hauptgruppen multifaktorieller Krankheiten dar. In dem von der Europäischen Union im Rahmen des Forschungsrahmenprogramms geförderten Projekts CARDIOWORKBENCH galt es, die Wirkstoffsuche (Auswahl- und Validierungsprozess für molekulare Targets) für kardiovaskuläre Erkrankungen zu optimieren – im Fokus die ischämische Herzkrankheit und die damit in Beziehung stehenden kardiovaskulären Erkrankungen. Die ischämische Herzkrankheit (IHK) oder koronare Herzkrankheit (KHK) ist durch eine verringerte Blutversorgung des Herzmuskels charakterisiert, die meistens durch Erkrankungen der Koronararterien (Arteriosklerose) verursacht ist. Die Partner aus Forschungsinstituten, Universitäten, Kliniken und Wirtschaftsunternehmen entwickelten im Verbundprojekt Systeme für die Selektion und den Test relevanter pharmakologisch aktiver Moleküle. So konnten Expertisen auf dem Gebiet der Computerwissenschaften (Bioinformatik, Chemieinformatik und Bioengineering) mit experimentellen Expertisen (klinische Medizin und Biologie) verknüpft werden. Die Auswertung der klinischen Daten mittels der Bioinformatik stellt die Grundlage für chemieinformatische Analysen dar. Die industriellen Partner synthetisierten die Targetkandidaten, die nachfolgend mithilfe experimenteller Modellen getestet wurden. Die gewonnenen Ergebnisse dienen darüber hinaus der Weiterentwicklung von Silico-Krankheitsmodellen.

Fraunhofer IBMT entwickelt mikrofluidische Chips

Im Rahmen des Verbundprojekts übernahm das Fraunhofer IBMT die Konzeption, Entwicklung und Evaluierung einer In-vitro-Testplattform für In-vitro-/Ex-vivo-Modelle der ischämischen Herzkrankheit. Im Mittelpunkt stand die Entwicklung von verbesserten Systemen und Chips für die Potenzialableitung an Kardiomyozytenkulturen und Gewebeproben. Insbesondere sollte die Charakterisierung von 3-D organotypischen Zellkulturen und kleinen Gewebeproben ermöglicht werden. Als Schnittstelle zwischen biologischer Probe und Datenerfassungssystemen waren dafür mikrofluidische Chips mit integrierten Elektroden erforderlich, die einerseits Ableitungen mit hohem Signal-zu-Rausch-Verhältnis aufweisen, um die Messung von kleinen Feldpotenzialen (bis zu einigen µV) zu ermöglichen, andererseits konstante Zellkulturbedingungen während den Messungen bieten. Weitere Merkmale bestanden in der mechanischen Stabilität während der Messungen. Die mechanische Kontraktion der biologischen Proben sollte nicht gestört werden und weiterhin sollte sich die Relativposition zwischen Ableitelektroden und Probe nicht ändern. Die Elektroden stellen biokompatible und biostabile Komponenten dar und der Gesamtaufbau stellte sicher, dass Wirkstoffe während der Messungen in geeigneter Weise zugeführt werden können. Um die elektrophysiologischen Aktivitäten mit den mechanischen Kontraktionen zu korrelieren, war vorgesehen, die elektrischen Ableitungen und die optische Datenerfassung zeitlich zu synchronisieren.

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