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In-vitro-Tests

In-vitro-Testplattform zur Unterstützung der Wirkstoffentwicklung

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Damit molekulare Zielstrukturen auch für arterielle Gefäßerkrankungen untersucht werden können, sollte die In-vitro-Testplattform auch Systeme für die Charakterisierung von Endothelzellen und glatten Muskelzellen enthalten. Hierfür galt es zu untersuchen, ob sich die mechanischen Eigenschaften glatter Muskelzellen mit akustischer Mikrokopie bestimmen lassen. Abschließend sollte die ausgebaute Testplattform verwendet werden, um Effekte von Rac1-Inhibitoren auf Kardiomyozyten und humanen Gefäßendothelzellen zu untersuchen.

Die am Fraunhofer IBMT entwickelte In-vitro-Testplattform für kardiovaskuläre und damit in Beziehung stehende Herzerkrankungen kombiniert 2-D- und 3-D-In-vitro-Modelle, die auf den folgenden Zelltypen basieren: Kardiomyozyten, Gefäßendothelzellen und glatte Muskelzellen. Da die Zellparameter nichtinvasiv mit Hilfe der elektrischen Potenzialableitung, der elektrischen Impedanzspektroskopie sowie der optischen und akustischen Mikroskopie bestimmt werden können, sind Langzeit- und funktionale Untersuchungen möglich. Den Kern der Testplattform bilden Systeme zur elektrischen Potenzialableitung an Kardiomyozyten und Herzgewebe. Der kombinierte Einsatz verschiedener In-vitro-/Ex-vivo-Modelle ist möglich:

  • Gewebeproben aus Herzbiopsien mit Durchmessern im Bereich von 700 µm bis 10 mm,
  • Gewebeproben aus Herzbiopsien und 3-D-Aggregate aus Herzmuskelzellen mit Durchmessern im Bereich von 700 µm bis 10 mm,
  • Layerkulturen von Kardiomyozyten.

Effekte auf die elektrische Aktivität der Kardiomyozyten können mithilfe der Potenzialableitung und die mechanischen Kontraktionen mithilfe optischer Methoden erfasst werden. Die Daten der Potenzialableitungen und die Daten des optischen Monitorings können miteinander zeitlich korreliert werden. Zur Steuerung der Datenerfassung und der Fluidik zur Medienversorgung, Wirkstoffapplikation und örtlichen Fixierung der 3-D-Gewebemodelle sowie zur Datenauswertung wurde eine Software entwickelt.

Bedeutung der Testsysteme wächst

Mit zunehmender Verfügbarkeit von geeigneten humanen Kardiomyozyten gewinnen die entwickelten In-vitro-Technologien für Biotech-Firmen und für die pharmazeutische Industrie an Bedeutung. Durch die Fortschritte der Stammzelltechnologien ist zu erwarten, dass geeignete humane Modelle in naher Zukunft in ausreichender Menge bereitstehen. Zusätzlich zu den Testsystemen für Kardiomyozyten wurden der Testplattform Systeme zur Charakterisierung von Gefäßmodellen hinzugefügt, um auch die Evaluierung von Targets und Wirkstoffen zur Behandlung von arteriellen Gefäßerkrankungen zu ermöglichen.

Auf Basis ihrer Technologien bietet das Fraunhofer IBMT die Entwicklung von kommerziellen zellbasierten Testsystemen sowie die Entwicklung von medizinischen Geräten für die In-vitro- und In-vivo-Diagnostik an. Weitere Serviceleistungen sind der Test von Wirkstoffen, die Evaluierung von Implantaten und Tissue-Engineering-Produkten sowie eine technologische Unterstützung bei der Evaluierung von therapeutischen Ansätzen.

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